P4.1 - Chitosan-modifizierte Sensoren für die elektrochemische Bestimmung von Sulfat- und Eisenionen
- Event
- 15. Dresdner Sensor-Symposium 2021
2021-12-06 - 2021-12-08
Dresden - Band
- Poster
- Chapter
- P4. (Bio-)Medizinische Sensorik
- Author(s)
- J. Schwarz, K. Trommer - Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V., Waldheim/D, A. Svirepa, M. Mertig - Technische Universität Dresden, Dresden/D, S. Schwarz - Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Dresden/D
- Pages
- 181 - 184
- DOI
- 10.5162/15dss2021/P4.1
- ISBN
- 978-3-9819376-5-7
- Price
- free
Abstract
Die langjährige, großflächige Braunkohlegewinnung in den Lausitzer Tagebauen des Mitteldeutschen Reviers führte durch Absenkung des Grundwasserspiegels zur erhöhten Verwitterung von Pyrit und Markasit in tieferliegenden geologischen Schichten. Infolge stieg die Konzentration von Sulfat- und Eisenionen in nahegelegenen Gewässern erheblich an. Durch die Oxidation von zweiwertigem Eisen wurde Eisenhydroxid in Form von Braunschlamm ausgefällt. Dadurch erhielt die Spree eine starke bräunliche Färbung, was als „Verockerung“ bezeichnet wird. Als Ergebnis des Eingriffs in den Grundwasserhaushalt besteht dieses Umweltproblem sowohl in Brandenburg als auch in Sachsen, wobei die Spree besonders betroffen ist. Die Konzentration von Sulfationen im Gewässer beträgt ≤ 2000 mg/l und der Eisengehalt kann bei bis zu 80 mg/l liegen. Eine hohe Konzentration der beiden Schadstoffe führt zur Belastung von Naturlebensräumen, Schädigung von Bauwerken wie Brücken und kann auch die Qualität des Trinkwassers beeinträchtigen. Eine schnelle Vor-Ort-Analyse des Sulfat- und Eisengehaltes ist daher von großer Bedeutung. Chitosan ist ein nicht giftiges, biokompatibles und biologisch abbaubares Polymer, welches aus den Schalen von Krebstieren durch Deacetylierung des Chitins, d. h. durch Abspaltung der N-Acetylgruppe, gewonnen wird. Der Deacetylierungsgrad (engl. degree of deacetylation (DD), in %) wird als Reinheitsgrad des Chitosans bezeichnet. Das Chitosanmolekül enthält eine große Anzahl von freien Aminogruppen, welche im sauren pH-Bereich protonieren: Chit-NH2 + H2O → Chit-NH3+ + OH-. Positiv geladene Aminogruppen verleihen dem Polymer besondere Eigenschaften. Daraus ergibt sich die Fähigkeit von Chitosan, ein gutes Adsorptions- und Flockungsmittel für die Behandlung und Reinigung von kontaminierten Gewässern zu sein. Als ein guter Ionenaustauscher adsorbiert Chitosan Ionen verschiedener Metalle. Durch die Bildung von Wasserstoffbrücken ist das Biopolymer in der Lage, organische Substanzen zu binden. Diese besonderen Eigenschaften eröffnen damit ein breites Einsatzspektrum von Chitosan. Eine der innovativsten Anwendungen stellt die elektrochemische Sensorik dar. Biopolymere wie Chitosan stellen eine vielversprechende Alternative zu synthetischen Analyt-komplexierenden Verbindungen bei der Entwicklung von elektrochemischen Sensoren dar. Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung spezifischer, elektrochemischer, Biopolymer-basierter All-Solid- State-Sensoren für das Monitoring von Sulfat- und Eisenionen in der Spree. Speziell soll hier demonstriert werden, dass eine Chitosan-modifizierte Arbeitselektrode mit einer PVC-Membran sowohl für die potentiometrischen Messungen als auch für die voltammetrischen Bestimmungen eingesetzt werden kann.