Highly Sensitive Detection of Naphthalene in Solvent Vapor Using a Functionalized PBG Refractive Index Sensor

We report an optical refractive index sensor system based on a planar Bragg grating which is functionalized by substituted γ-cyclodextrin to determine low concentrations of naphthalene in solvent vapor. The sensor system exhibits a quasi-instantaneous shift of the Bragg wavelength and is therefore capable for online detection. The overall shift of the Bragg wavelength reveals a linear relationship to the analyte concentration with a gradient of 12.5 ± 1.5 pm/ppm. Due to the spectral resolution and repeatability of the interrogation system, this corresponds to acquisition steps of 80 ppb. Taking into account the experimentally detected signal noise a minimum detection limit of 0.48 ± 0.05 ppm is deduced

Identifikation und Beeinflussbarkeit supramolekularer Wechselwirkungen auf Quarzmikrowaagen

Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der kompletten Bandbreite eines chemischen Sensors.rnIn einem ersten Schritt wurde die Desensibilisierung der Quarzmikrowaagen (QCM) gegenüber Störeinflüssen untersucht. Ausgehend von vorangegangenen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass eine fluorige Modifikation der QCM-Elektroden die Affinität zu omnipräsenten Substanzen wie Wasser oder Alkanen stark herabsetzt. Neben der Desensibilisierung bewirkt die Schicht darüber hinaus vermutlich eine veränderte Ausrichtung der Affinitätsmaterialien auf der Oberfläche. Dies konnte durch die Anwendung auf einen TATP-Sensorsystem gezeigt werden.rnIm zweiten Teil der Arbeit wurden die vorherrschenden Arten supramolekularer Wechselwirkungen in Wirt-Gast-Systemen anhand gravimetrischer Messungen identifiziert. In Kooperation mit unterschiedlichen Forschergruppen konnte nachgewiesen werden, dass es möglich ist, diese Wechselwirkungen in einem gewissen Rahmen zu beeinflussen und damit die Sensorantworten zu steuern. Effekte wie die Hohlraumzugänglichkeit, die Hohlraumgröße sowie das chemische Milieu im Hohlraum wurden genauer untersucht.rnNeben dem Screening auf neue Affinitätsmaterialien konnten erste Erfolge bei der Übertragung der Erkenntnisse der letzten Jahre auf ein neues Sensorsystem erzielt werden. Zum Einsatz kam hierbei ein optisches Sensor-System basierend auf planaren Bragg-Gittern. Neben der Entwicklung einer geeigneten Messzelle wurde eine Beschichtung der Sensoren mit verschiedenen Cyclodextrin-Derivaten entwickelt.rnIm vierten Teil der Arbeit wurden Studien zur Synthese zweier Tetraphenylenderivate durchgeführt.rnThe present thesis addresses the complete range of a chemical sensor.rnIn a first step, the desensitizing of quartz crystal microbalances (QCM) against analyte interferences was studied. Based on preceding works it was possible to demonstrate, that a flourous modification of the QCM-electrodes results in reduced affinities to omnipresent substances like water or alkanes. The modification effects also the arrangement of the affinity materials on the surface which could be demonstrated on a TATP sensor system.rnIn the second part of the thesis, the dominating supramolecular interactions in host-guest systems were studied on gravimetric measurements. In cooperation with several scientific groups the possibilities of influencing and steering of those interactions were studied. Effects like the influence of the cavity accessibility, the cavity size and the chemical environment in the cavity were explored in detail.rnIn addition to the screening for new affinity materials, the transfer to a new sensor system based on planar Bragg grating sensors were successfully conducted. A suitable measurement chamber was developed and a coating procedure was implemented with different cyclodextrine derivatives. rnIn the fourth part of the thesis, studies on the synthesis of two Tetraphenylene derivatives were carried out.r

Novel supramolecular affinity materials based on (−)-isosteviol as molecular templates

The readily available ex-chiral-pool building block (−)-isosteviol was combined with the C3-symmetric platforms hexahydroxytriphenylene and hexaaminotriptycene providing large and rigid molecular architectures. Because of the persistent cavities these scaffolds are very potent supramolecular affinity materials for head space analysis by quartz crystal microbalances. The scaffolds serve in particular as templates for tracing air-borne arenes at low concentration. The affinities of the synthesized materials towards different air-borne arenes were determined by 200 MHz quartz crystal microbalances

Surface Pretreatment Boosts the Performance of Supramolecular Affinity Materials on Quartz Crystal Microbalances for Sensor Applications

A Teflon-like coating is the key for the boost in sensitivity of quartz microbalances for the tracing of airborne analytes. Since the undesired signals for the interfering compounds are suppressed and the ones for the targeted compounds (e.g., peroxide explosives) are enhanced, the PCA output is improved