Mit Hilfe eines Brechungsindexsensors sollte ein alternatives Messverfahren zur Bestimmung des Wassergehalts in Biodiesel entwickelt werden, das eine kontinuierliche Überwachung online ermöglicht. Zudem sollten mit demselben Sensor Standardnachweise der Biotechnologie geführt werden.
Optische Wandlerprinzipien haben sich in der Sensor-, Mess- und Regeltechnik etabliert. Anwendungen in den wirtschafts- und wachstumsstarken chemischen und verfahrenstechnischen sowie den pharmazeutischen Industrien motivieren hier Innovation und Entwicklung. Ziel des Vorhabens war die Oberflächenfunktionalisierung eines optischen, fasergebundenen Brechungsindexsensors, um diesen spezifischen Anwendungen zuzuführen. Durch die Wechselwirkung des evaneszenten Feldes der in einem planaren Wellenleiter geführten optischen Mode mit der Umgebung des Sensors wird die reflektierte Wellenlänge eines in den Wellenleiter eingeschriebenen Bragg-Gitters verändert und dient als Messsignal. Um das Anwendungspotenzial des Sensors aufzuzeigen, wurde dieser exemplarisch zur Messung des Wassergehaltes in Biodiesel sowie durch eine Biofunktionalisierung für den Nachweis von typischen Immobilisierungsreaktionen eingesetzt.
rechts: Brechungsindexsensor in planarer Quarzglastechnologie
Im Ergebnis konnte bei der Bestimmung des Wassergehaltes in Biodiesel gezeigt werden, dass der Sensor die in der Industrie relevanten Wassergehalte von 500 ppm und 200 ppm online detektieren kann und damit die Trocknung von Biodiesel im Produktionsprozess kontrolliert und gesteuert werden kann, ohne auf eine offline durchzuführende und damit zeitaufwendige Karl-Fischer-Titration zurückgreifen zu müssen. Durch eine spezifische Funktionalisierung der Sensoroberfläche konnten mit dem optischen Sensor typische Bionachweise wie beispielsweise die Immobilisierung von Eiweißen oder DNA-Hybridisierung geführt werden. Wesentliches Merkmal des Sensors ist dabei, die Reaktionskinetik quasi online mit hoher Empfindlichkeit zu beobachten. Somit sind Reaktionsunterbrechungen und Konzentrationseffekte auflösbar.
