Alexander Galler,
"Ortsaufgelöste Impedanzspektroskopie an einem Mikrokanal zur Überwachung chemischer Reaktionen"
, 8-2024
Original Titel:
Ortsaufgelöste Impedanzspektroskopie an einem Mikrokanal zur Überwachung chemischer Reaktionen
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Das Messen an einem Mikrokanal hat viele Vorteile, neben dem geringen Probenverbrauch, ist es auch möglich, chemische Reaktionen hochpräzise zu vermessen. Das angestrebte Ziel einer jeden Schaltung ist hierbei das Realisieren von einem Chiplabor, welches mehrere Arbeitsschritte kombiniert.
Die Arbeit beschäftigt sich daher mit der Herstellung eines Prototypen und der darauf aufbauenden ortsaufgeloesten Anwendung der elektrischen Impedanzspektroskopie zur Messung einer chemischen Reaktion an einem Mikrokanal. Bei der chemischen Reaktion handelt es sich um eine Neutralisationsreaktion von Salzsaeure (HCl) und Natronlauge (NaOH), durch die Salzwasser entsteht. Der Prototyp besteht aus zwei Inlets und einem Outlet, die in Form eines Y-Kanals verbunden sind, durch den die zu vermessenden Fluide gepumpt werden. Am Mikrokanal selbst sind vier Goldelektroden angebracht, die separat ueber einen Impedance-Analysator ausgelesen werden.
Mit dem Prototypen wurden verschiedene Messungen zur Untersuchung des Einflusses der Messparameter wie Flussgeschwindigkeit und Leitfähigkeit des zu vermessenden Fluids sowie des Frequenzbereichs des Messgeräts auf das Impedanzspektrum durchgeführt. Es zeigt sich, dass die Flussgeschwindigkeit kaum Einfluss auf das Ergebnis der Messung hat, der Einfluss der Leitfähigkeit jedoch maßgeblich auf den Betrags- und Phasengang ist.
Zur Auswertung der chemischen Reaktion wurde statt des gesamten Frequenzspektrums nur die Impedanz von einzelnen Frequenzpunkten betrachtet. Als Berechnungsgrundlage wurden die relativen Abweichungen der Admittanz der Elektroden verwendet, um dadurch rückschluss auf den Fortschritt der Reaktion zu erhalten. Beim Vergleich der Admittanzen zeigt sich, dass je später die Reaktion vermessen wurde, desto groesser die relative Abweichung ist, was dem Fortschritt der Reaktion entspricht.
Es wurde also gezeigt, dass mit dem entwickelten Prototypen chemische Reaktionen untersucht werden können.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Titel:
Spatially resolved impedance spectroscopy on a microchannel for monitoring chemical reactions
Englische Kurzfassung:
Measuring on a microchannel has many advantages, in addition to the low sample consumption, it is also possible to measure chemical reactions with high precision. The aim of any circuit is to realise a so called lab-on-a-chip, that combines several work steps.
The work therefore deals with the production of a prototype and the subsequent spatially resolved application of electrical impedance spectroscopy to measure a chemical reaction on a microchannel. The chemical reaction is a neutralisation reaction of hydrochloric acid (HCl) and caustic soda (NaOH), which produces salt water. The prototype consists of two inlets and one outlet, which are connected in the form of a Y-channel through which the fluids to be measured are pumped. Four gold electrodes are attached to the microchannel itself, which are read out separately via an impedance analyser.
Various measurements were carried out with the manufactured prototype to analyse the influence of the measurement parameters such as flow velocity and conductivity of the fluid to be measured as well as the frequency range of the measuring device on the impedance spectrum. It was found that the flow velocity has hardly any influence on the result of the measurement, but the influence of the conductivity is significant on the magnitude and phase response.
To analyse the chemical reaction, only the impedance of individual frequency points was considered instead of the entire frequency spectrum. The relative deviations of the admittance of the electrodes were used as the basis for calculation in order to draw conclusions about the progress of the reaction. A comparison of the admittances shows that the later the reaction was measured, the greater the relative deviation, which corresponds to the progress of the reaction.
It was therefore shown that chemical reactions can be analysed using the prototype developed.
Forschungs-