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 Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden
19.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

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: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie