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Tutorial MenueSensorikLerneinheit 1 von 7

Übersicht über die Sensorik

Wechselwirkungen

Molekulare Wechselwirkung ist die Voraussetzung für eine Reaktion, zumindest wenn es sich nicht um eine Zerfallsreaktion handelt. Dabei kann diese Wechselwirkung thermodynamisch charakterisiert werden.

Solche Wechselwirkungen können ionisch sein oder auf Dipol-Wechselwirkungen (van-der-Waals-Kräfte) oder London'schen Dispersionskräften beruhen. Auch die räumliche Struktur aufeinander wirkender Partner verursacht Interaktion. Wie im Zusammenspiel Kinetik und Thermodynamik beschreiben Gleichgewichtskonstante, Reaktionsbarriere und die Änderung der freien Enthalpie Reversibilität und Selektivität.

Man unterscheidet Physisorption und Chemisorption, je nachdem ob eher unspezifische Wechselwirkungen oder charakteristische Bindungen zwischen sensitiver Schicht und Analytmolekülen eine Rolle spielen. Dabei spielen Effekte der Kondensation auf der Oberfläche und Mischungsenthalpien eine Rolle. Die Reaktion (Wechselwirkung) kann schnell ablaufen und zu einer hohen Belegung mit kaum wahrnehmbarer Rückreaktion führen. Es gilt:

  • hohe Aktivierungsbarriere: langsame Wechselwirkung
  • großer Unterschied der freien Enthalpien vor und nach Wechselwirkung: hohe Selektivität, aber geringe Reversibilität
Abb.1

Im Bild sind die verschiedenen Schritte eines Sorptionsprozesses dargestellt. Die reine Physisorption an der Grenzfläche der sensitiven Schicht führt kaum zur Selektivität und auch nicht zu festen Bindungen. Mit hoher Reversibilität kann der Adsorptionsprozess rückgängig gemacht werden. Entsprechend verhalten sich häufig die Halbleitersensoren.

  1. freier Analyt in der Gasphase
  2. Sorption in das Polymer
  3. Diffusion in das Polymer, Besetzen der Mikroporen, Reaktion mit funktionellen Gruppen
  4. Selektive Bindung

Da zusätzlich noch Verteilungsgleichgewichte zwischen sensitiver Schicht und angrenzender Phase eine Rolle spielen können, haben natürlich Diffusionseffekte und vor allem die Temperatur einen großen Einfluss auf die Eigenschaften eines Sensors. So nimmt der Sättigungsdampfdruck eines Gases (in einem Polymerfilm) mit der Temperatur zu. Entsprechend weniger kann in der sensitiven Schicht sorbiert werden.

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