Untersuchungen zur Entwicklung eines optochemischen Ammoniaksensors auf der Basis immobilisierter Metalloporphyrine

In this work metalloporphyrins immobilized in thin polymeric films have been investigated for use in optochemical ammonia sensors. The principle of detection is based on the change of spectral properties of the metallo-porphyrin due to the exchange of axial ligands on the metalloporphyrin. Various metalloporphyrins and polymeric matrices were tested. Sensors made of manganotetraphenylporphyrin immobilized in nitrocellulose membranes were found to be most sensitive in the determination of ammonia. The reproductivity of sensor production was found to be 6.2% (n=12). The detection limit for ammonia was found to be 1.0#+-#0.34 ppm (r.h.=40%, T=25 C). The amplitude of the sensor signal caused by ammonia is strongly dependent of humidity. The influence of temperature on ammonia detection in the range from 15 to 45 C is insignificant. The response time is in the range of one minute (r.h.>80%, T=25 C). NO, H_2S, SO_2, HCN, CO and CO_2 showed no cross sensitivity to ammonia determination. The signal caused by NO_2 is reversible. Over a period of 150 days the sensor calibration curves were found to be stable (#+-#4.5%). The humidity dependence of the sensor signal was caused by an competitive coordination of water and ammonia molecules to the central ion of the manganotetrapenylporphyrin. This dependence can be eliminated using a combination of the partial-least-squares-algorithm and neural networks. Using this evaluation techniques the detection limit for ammonia was found to be 4.5#+-#1.5 ppm (r.h.=15-75%, T=25 C). The precision of humidity determination was found to be #+-#2% r.h.. (orig.)In der vorliegenden Arbeit wurde unter Verwendung eines immobilisierten Metalloporphyrins eine als Element eines Ammoniaksensors verwendbare sensitive Schicht entwickelt. Das zugrunde liegende Detektionsprinzip beruht auf dem Austausch axialer Liganden des Metalloporphyrins. Dies fuehrt zur einer Aenderung der sprektralen Eigenschaften des Komplexes, die mit der Konzentration der Analyten in der Gasphase korreliert. Aus einer Reihe von getesteten Metalloporphyrinen und Polymermatrices erwies sich die Kombination von Mangantetraphenylporphyrin und Nitrocellulose als besonders geeignet fuer die Herstellung der sensitiven Schichten. Die Reproduzierbarkeit bei der Sensorherstellung betrug dabei 6,2% (n=12). Die Nachweisgrenze fuer die Bestimmung von Ammoniak betraegt 1,0#+-#0,34 ppm (r.F.=40%, T=25 C). Die Amplitude des Ammoniaksignals haengt deutlich von der Feuchtigkeit ab, der Einfluss der Temperatur ist im Bereich von 15 C bis 45 C gering. Die Ansprechzeit des Sensors liegt im Bereich von einer Minute (r.F.>80%, T=25 C). NO, H_2S, SO_2, HCN, CO und CO_2 stoeren die Ammoniakbestimmung nicht. Die durch NO_2 verursachte Stoerung ist reversibel. Die Kalibrationskurve des Sensors ist ueber einen Zeitraum von 150 Tagen stabil (#+-#4,5%). Die durch die Konkurrenz um die Besetzung axialer Koordinationspositionen des Manganporphyrins zwischen Wasser- und Ammoniakmolekuelen verursachte Feuchteabhaengigkeit des Ammoniaksignals laesst sich durch Einsatz des Partial-Least-Squares-Algorithmus kombiniert mit neuronalen Netzen eliminieren. Dabei ergibt sich eine Nachweisgrenze von 4,5#+-#1,5 ppm (r.F.=15-75%, T=25 C). Die Genauigkeit der Feuchtebestimmung betraegt #+-#2% r.F.. (orig.)Available from TIB Hannover: ZA 5141(5651) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman