Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Elektrode zum Messen von Ionenkonzentrationen: Günstig und in Masse produzierbar

15.03.2016

Forscher um Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann von der Ruhr-Universität Bochum haben eine neue Elektrode zum Messen von Lithiumionen-Konzentrationen entwickelt. Anders als bisherige Systeme ließe sie sich in kleinem Format kostengünstig herstellen. Schlüssel zum Erfolg ist das Material Lithium-Eisen-Phosphat, das auch in Lithiumionen-Batterien Einsatz findet. Das Funktionsprinzip könnte sich auf die Messung weiterer Ionen übertragen lassen, wie sie für Blutanalysen und industrielle Tests nötig sind. Das Team berichtet in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“.

Für Blutanalysen und industrielle Tests müssen Anwender oft die Konzentration bestimmter Ionen messen. Die Geräte dafür sind derzeit groß und nicht günstig produzierbar. Eine neue trockene Elektrode könnte das ändern.


Wolfgang Schuhmann entwickelt winzige Elektroden für die Messung von Ionenkonzentrationen.

© RUB, Tim Kramer

Mini-Messsysteme für Ionenkonzentrationen haben Entwickler bislang vor große Herausforderungen gestellt. Stets mussten sie einen Kompromiss zwischen Größe, Kosten und reproduzierbaren Messergebnissen eingehen.

Eine Lösung für dieses Problem beschreibt ein Forscherteam um Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann vom Zentrum für Elektrochemie der Ruhr-Universität Bochum in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“. Die Wissenschaftler konzipierten eine Elektrode, die stabil die Konzentration bestimmter positiv geladener Ionen misst und günstig in Masse produzierbar wäre. Die Elektrode könnte dabei kleiner als 100 Mikrometer sein und durch einfaches Drucken einer Paste produziert werden.

Bisheriges Messprinzip

Sogenannte ionen-selektive Elektroden können zum Beispiel die Konzentration von positiv geladenen Ionen wie Natrium-, Kalium-, Calcium-, Magnesium- oder Lithiumionen erfassen. Sie besitzen eine Membran, die nur für die zu messende Ionensorte durchlässig ist. Das Innere des Messsystems enthielt bisher eine Elektrolytlösung, die ebenfalls die zu messende Ionensorte enthält.

Das Prinzip funktioniert wie folgt: Die Ionen wandern durch die Membran, bis ihre Konzentration auf beiden Seiten gleich ist. Da die Ionen positiv geladen sind, entsteht dabei ein Ladungsunterschied zwischen dem Inneren des Messsystems und der untersuchten Flüssigkeit. Diesen Ladungsunterschied erfasst eine Referenzelektrode, die sich in der Elektrolytlösung befindet. Aus dem gemessenen Wert lässt sich die Konzentration der analysierten Ionen berechnen.

Auswahl des Elektrodenmaterials entscheidend

Will man ein solches System in kleinem Format umsetzen, ist nicht genug Platz für die Elektrolytlösung. Schuhmanns Team fand jedoch einen Weg, eine Elektrode ganz ohne diese Flüssigkeit herzustellen. Das war bislang besonders für solche Elektroden problematisch, die die Konzentration von positiv geladenen Ionen ermitteln.

„Die Lösung war überraschend einfach“, sagt Schuhmann. Statt eine Elektrolytlösung mit den zu messenden Ionen zu verwenden, nutzten die Chemiker ein festes Elektrodenmaterial, das direkt für die zu messende Ionensorte sensitiv ist. Um Lithiumionen zu detektieren, griffen sie auf Lithium-Eisen-Phosphat zurück. Diese Substanz kann Lithiumionen temporär einlagern und später wieder abgeben.

Ein 42-Tage-Test im Rahmen der aktuellen Studie ergab, dass das System über längere Zeit stabile Messergebnisse liefert. „Nun müssen wir nach weiteren Elektrodenmaterialien suchen, die andere positiv geladene Ionen wie Natrium- oder Kaliumionen einlagern können“, so Schuhmann. „Und dabei haben wir schon ganz gute Fortschritte erzielt.“

Förderung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Arbeiten im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv (EXC 1069).

Originalveröffentlichung

Y. Ishige, S. Klink, W. Schuhmann (2016): Intercalation compounds as inner reference electrodes enable reproducible and robust solid-contact ion-selective electrodes, Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.201600111

Weitere Informationen

Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Analytische Chemie, Zentrum für Elektrochemie, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel.: 0234 32 26200, E-Mail: wolfgang.schuhmann@rub.de

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Software mit Grips
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main

nachricht Einen Schritt näher an die Wirklichkeit
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics