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Ortsaufgelöste Impedanzspektroskopie an einem Mikrokanal zur Überwachung chemischer Reaktionen
Betreuung: Univ.-Prof. Dr. Marco Da Silva
Mitbetreuung: Dipl.-Ing. Dr. Andreas Tröls
Das Messen an einem Mikrokanal hat viele Vorteile, neben dem geringen Probenverbrauch, was vor allem in der Medizin relevant ist, 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 Prototyps und der darauf aufbauenden ortsaufgelösten 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 gefertigten Prototyp 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 größer die relative Abweichung ist, was dem Fortschritt der Reaktion entspricht.
Es wurde also gezeigt, dass mit dem entwickelten Prototypen chemische Reaktionen untersucht werden können.
Abb. 1: Schematische Darstellung des Prototyps
Schlagwörter: Impedanzspektroskopie, Mikrokanal, Prototypenherstellung, Chiplabor
26. August 2024
