Hydrogelbasierte plasmonische Sensoren zur Ethanoldetektion: Einfluss des Quellverhaltens auf das optische Signal

Zusammenfassung Brechzahlsensitive plasmonische Sensoren mit nanostrukturierten Goldoberflächen bieten viele Vorteile für die kontinuierliche Vor-Ort-Überwachung in komplexen Prozessflüssigkeiten. In Kombination mit stimulus-responsiven Hydrogelen haben diese Potential für die selektive Detektion von Einzelparametern, hier der Ethanolkonzentration, bei sich gleichzeitig ändernden Stoffkonzentrationen anderer Komponenten. Ein erster Schritt zur Ausnutzung dieser selektiven Eigenschaften ist die Differenzierung des ethanolinduzierten Quelleffekts im eingesetzten Polyacrylamid-Hydrogel von der Brechzahländerung der zu analysierenden Flüssigkeit in Folge von Konzentrationsänderungen. Dies wurde durch die Anwendung einer mit Hydrogel funktionalisierten Messfläche und einer nicht funktionalisierten Referenzfläche erreicht. Das hier vorgestellte Sensorkonzept ermöglicht so die Bestimmung der Ethanolkonzentration wässriger Lösungen zwischen 40 und 60 vol%. Dabei wird gezeigt, dass von der Entquellung des Hydrogelvolumens nicht direkt auf das oberflächennahe Verhalten geschlossen werden kann, sondern eine individuelle Kalibrierung des optischen Signals notwendig ist.