Quantitative Analyse von Organophosphonaten mit Silikonen als sensitive Schicht auf einem dielektrischen Sensor

Dissertation von Manfred Thanner unter der Anleitung von Prof. Dr. D. Göritz

24.05.2000

Ziel dieser Arbeit war es, einen funktionierenden Gassensor für Organophosphonate herzustellen und mit verschiedenen Testgasen seine Sensitivität und Selektivität zu untersuchen.

Messungen mit bekannten Polymeren und Referenzgasen ergaben mit der Literatur vergleichbare und übereinstimmende Werte der Gleichgewichtskonstanten. Als Referenzpolymer wurde das einfachste Silikon PDMS eingesetzt, wobei Aceton als Testgas diente.

Die neu entwickelten Silikone mit unterschiedlichem Gehalt an sensitiven Gruppen wurden den geforderten Ansprüchen bezüglich Sensitivität und Sorptionsgeschwindigkeit gerecht. Die Nachweisgrenze des Dimethoxymethylphosphonats liegt bei allen funktionalisierten Polymeren im Bereich unter 100 ppb, bis zur minimalen theoretischen Grenze von 1 ppb. Die Absorptionsgeschwindigkeit war bei den neuen Silikonen um den Faktor 15 höher als bei dem funktionalisierten Referenzpolymer mit Kohlenstoffgerüst, das sich bei Raumtemperatur im Glaszustand befand.

Eine Erhöhung des Anteils an funktionellen Gruppen im Polymer führte nicht zu einer Steigerung der Gleichgewichtskonstanten. Die Stärke der Absorption ist also nicht nur von der Anzahl der sensitiven Gruppe abhängig, sondern auch von der Beweglichkeit der Polymerketten, der Polarisierbarkeit und den auftretenden Dispersionskräften.

Messungen zur Querempfindlichkeit mit Wasser ergaben eine Additivität der relativen Kapazitätsänderungen. Die gleichzeitige Absorption von Wasser und DMMP zeigte keine gegenseitige Beeinflussung

Die durchgeführten Messungen mit den Kampfstoffen Sarin und Tabun lassen eine hohe Empfindlichkeit und eine Nachweisgrenze weit unterhalb der tödlichen Gaskonzentration erkennen. Bei einer Auflösung des Impedanzmessgerätes von 0,002 % liegt die Nachweisgrenze für Sarin unter 0,3 ppb, für Tabun unter 4,8 ppb. Die LCt50(inh.)-Werte sind 18 ppm (Sarin) bzw. 30 ppm (Tabun) Gaskonzentration bei einer Minute Kontaminationszeit. Die reproduzierbare Nachweisgrenze für das Giftgas Soman (chemisch und physikalisch dem Sarin sehr ähnlich) wird auf einem polymerbeschichtetem SAW-Sensor mit 68 ppb angegeben, die Nachweisgrenze für Sarin liegt mit einem Lanthankomplex beschichteten SAW-Sensor bei ca. 280 ppb.