DE10101376A1 - Metallionensensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Bestimmung einer Metallionenkonzentration insbesondere in einer Lösung. DOLLAR A Der Sensor basiert auf einem Halbleiter, der in eine Metallionen enthaltende Lösung eingetaucht wird. Auf der Oberfläche des Halbleiters scheiden sich in Abhängigkeit von der vorliegenden Konzentration Metallionen ab. Bei einer elektrischen Kontaktierung des Halbleiters kommt es zu einem permanenten Stromfluß, der durch die abgeschiedenen Metallionen auf der Halbleiteroberfläche bedingt ist. Das Maß des Stromes dient als Maß für die vorhandene Metallionenkonzentration in der Lösung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Bestimmung von Metallionen, insbesondere von Metallionen in einer Lö­ sung.

Stand der Technik

Zur Konzentrationsbestimmung von Metallen in Lösung kann das elektrische Potential (Elektrodenpotential) einer entsprechenden Metallelektrode in dieser Lösung gegenüber einer Bezugselektrode genutzt werden. Dabei wird die sich zwischen Metallelektrode und Bezugselek­ trode einstellende Spannung abgegriffen. Die Spannung ist dabei proportional zur Metallionenkonzentration in der Lösung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren zur Bestimmung von Metallionen zur Verfügung zu stel­ len, welches besonders bei geringen Konzentrationen gu­ te Meßergebnisse liefert und auch bei dynamischen Kon­ zentrationsänderungen einsetzbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen auf einfache Weise her­ stellbaren Sensor zur Bestimmung von Metallionen in Lö­ sung zu schaffen, der sowohl sensitiv für geringe Me­ tallionenkonzentrationen ist, als auch für dynamische Prozesse eingesetzt werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Hauptanspruch sowie durch einen Sensor gemäß Nebenan­ spruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils rückbezogenen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Me­ tallionenkonzentrationen weist folgende Schritte auf:

• a) ein elektrisch kontaktierter Halbleiter wird in Kon­ takt mit der Lösung gebracht, dessen Metallionenkon­ zentration bestimmt werden soll,
• b) der sich einstellende permanente Strom des Halblei­ ters wird gemessen,
• c) mit Hilfe von Referenzdaten wird die Metallionenkon­ zentration in der Lösung bestimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Prinzip, daß ein Halbleiter im Kontakt mit einem Elektrolyten eine elektronische Sperrschicht ausbildet (Dipol). Ent­ hält der Elektrolyt Metallionen, so scheiden sich diese entsprechend ihrer Konzentration in der Lösung auf der Halbleiteroberfläche ab. Bei der elektrischen Kontak­ tierung des Halbleiters kommt es dann üblicherweise zu einem einmaligen Stromfluß, der sich durch die Übertra­ gung von Elektronen aus der Halbleiterschicht auf die abgeschiedenen Metallionen ergibt und diese reduziert. Zusätzlich verändert sich jedoch das Oberflächenpoten­ tial durch die an die Halbleiteroberfläche angelagerten Metallionen derart, daß der Halbleiter/Elektrolyt-Dipol seine Sperrwirkung verliert, und es über den einmaligen Stromfluß hinaus zu einem permanenten Stromfluß kommt.

Dies kann beispielsweise in einer Wasserstoffentwick­ lung resultieren, wenn der Halbleiter ein p-Halbleiter ist. Bei einem n-Halbleiter als Sensoroberfläche kommt es regelmäßig zu einer Reduktion von z. B. 0^2--Ionen in der Lösung und damit zu Sauerstoffbildung, O₂.

Bei geringen zu bestimmenden Konzentrationen an Metal­ lionen liegt der Vorteil dieses Bestimmungsverfahrens darin, daß dieser permanente Strom groß ist im Ver­ gleich zu dem, der durch die reine Metallabscheidung (Metallreduktion) zu messen wäre. Ferner ist dieser permanente Strom bei gleichbleibender Konzentration nicht Null, wie der der reinen Metallabscheidung bei einer Gleichgewichtsbelegung, sondern von Null ver­ schieden und konstant.

Der erfindungsgemäße Sensor weist eine Halbleiterober­ fläche auf. Dafür geeignet sind alle Halbleitermateria­ lien, die in Kontakt mit einem Elektrolyten eine Diodenwirkung aufweisen, wie beispielsweise GaAs. Es können sowohl p- als auch n-Halbleiter eingesetzt wer­ den.

Wird der erfindungsgemäße Sensor in Kontakt mit einer Lösung gebracht, die Metallionen aufweist, so lagern sich einzelne Metallionen auf der Halbleiteroberfläche ab. Dadurch wird die Sperrwirkung der Halbleiter/Elek­ trolyt-Diode aufgehoben. Bei einer elektrischen Kontak­ tierung des Sensors kommt es zu einem Stromfluß, der gemessen werden kann.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Me­ tallionen in Lösung, mit den Schritten:

• - ein Sensor mit einer Halbleiteroberfläche, die elektrisch leitend kontaktiert ist, wird in Kon­ takt mit einer Lösung gebracht, die die zu be­ stimmenden Metallionen aufweist,
• - ein Strom wird am Sensor abgegriffen.

2. Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration von Metallionen in Lösung nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor mit einer p-Halbleiteroberfläche eingesetzt wird.

3. Sensor zur Bestimmung einer Konzentration von Me­ tallionen, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor eine Halbleiteroberfläche aufweist,
Mittel vorhanden sind, einen Strom an der Halb­ leiteroberfläche abzugreifen.