Integriert optischer Titrationssensor

Im Rahmen eines von der KTI geförderten Entwicklungs-Projektes wurde gemeinsam mit der Metrohm AG, der vario-optics ag und dem Institut für Mikro- und Nanotechnologie ein Integriert optischer Titrationssensor (INOPTIS) entwickelt.

Ziel des Projektes war das Design, die Herstellung und die Charakterisierung eines integriert optischen Wellenleitersystems auf PCB sowie der dazu notwendigen Ansteuer-Elektronik, zur Realisierung des Titrationssensors. Grundlegend dafür war die Weiterentwicklung und Optimierung von Leiterplatten kompatiblen Fertigungstechniken und Prozessen, um auf Standard FR4 Nutzen optische Sensortechnik realisieren zu können.

Ein Sensorsystem basierend auf optischer Wellenleitertechnologie besteht typischerweise aus einer oder mehreren Lichtquellen (LEDs oder Laser), aus Wellenleitern, einer Messstrecke und einem Detektor. Das Licht von LEDs oder Lasern wird in einen Wellenleiter eingekoppelt und dort so geführt, dass es beim Auskoppeln aus dem Wellenleiter durch den Messbereich auf den Detektor strahlt. Im Messbereich wechselwirkt das Licht mit der Messprobe und wird dadurch von der Probe absorbiert. Mit Hilfe des Detektors kann nun die Lichtintensität gemessen werden und so die durch die Probe erfolgte Lichtdämpfung bestimmt werden.

In der unteren Abbildung ist ein Prototypen des mit der Firma Metrohm AG entwickelten Titrationssensors Optrode dargestellt. Mit Hilfe eines Titrationssensors kann der Farbumschlag einer Flüssigkeit während eines Titrationsprozesses gemessen werden. Die Titration ist ein chemisches Verfahren zur Messung der Konzentration eines bestimmten Stoffes in einer Lösung. Zur Messung des Farbumschlages wird Licht mit einer bestimmten Wellenlänge durch die Probe gestrahlt. Sobald die Flüssigkeit die Farbe ändert wird ein Teil des Lichts durch die Flüssigkeit absorbiert. Dadurch nimmt die Intensität am Detektor ab und dieser liefert ein kleineres elektrisches Messsignal. Anhand der Höhe des Signals kann nun der Titrationsprozess überwacht werden.

Projektpartner

• Metrohm AG
• vario-optics AG