DE3930768A1

DE3930768A1 - Vorrichtung eines chemo- und bio-sensorsystems sowie verfahren zur beruehrungslosen bestimmung der sensorpotentiale

Info

Publication number: DE3930768A1
Application number: DE19893930768
Authority: DE
Inventors: Meinhard Prof Dr Knoll
Original assignee: Individual
Current assignee: KNOLL, MEINHARD, PROF. DR., 4430 STEINFURT, DE
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1991-03-28

Description

Die Erfindung betrifft die Vorrichtung eines Chemo- und Bio- Sensorsystems zur Bestimmung von Ionenkonzentrationen in Flüssigkeiten aus einem Multisensorelement und einer Meßappa ratur sowie ein Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der einzelnen Sensorpotentiale.

Die Sensorelemente sollen so gestaltet sein, daß auf kompli zierte Schichtenfolgen mit festen Elektrolyten und ebenso auf Edelmetallschichten verzichtet werden kann, und gleichzeitig thermodynamische Nichtgleichgewichtszustände vermieden werden.

Solche Sensorsysteme mit äußerst einfachen und sehr kosten günstigen Chemo- bzw. Bio-Sensorelementen zum "Einmalge brauch" sowie der dazugehörigen Meßapparatur können u.a. in folgenden Bereichen eingesetzt werden:
Medizin, Tiermedizin, Biotechnik, Landwirtschaft, Nahrungs mitteltechnologie, Umwelttechnik.

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß Chemosensoren aus ionenselektiven Membra nen mit einem inneren elektrischen Kontakt sowie einer Refe renzelektrode als Filmsensoren aufgebaut werden (1, 2). Bei Biosensoren ist die ionenselektive Membran zusätzlich z. B. mit einem Enzym belegt, so daß Produkte von Enzymreaktionen m.H. der ionenselektiven Membraneigenschaften nachgewiesen werden können (3). Ebenso lassen sich Membranen mit Antikör pern und Mikroorganismen überziehen.

Das Sensorprinzip der ionenselektiven Elektrode beruht dar auf, daß sich an einer Membran, die mit einem Elektrolyten (z. B. der zu untersuchenden Flüssigkeit) in Kontakt gebracht wird, eine elektrische Potentialdifferenz ausbildet. Diese Galvanispannung tritt an der Phasengrenze zwischen Elektrolyt und Membran auf und läßt sich für den Fall des thermodynami schen Gleichgewichtes als Nernst-Gleichung schreiben:

ϕ = ϕ₀ + R T/(z F) ln(a_i1/a_i2)

ϕ₀ ist das Standardelektrodenpotential, R die universelle Gaskonstante, F die Faradaykonstante, z die Wertigkeit des Meßions, a_i1 die Aktivität des Ions in Phase 1 und a_i2 die Aktivität des Ions in Phase 2.

Das Ansprechverhalten solcher Membranen ist je nach Membran material für verschiedene Ionensorten unterschiedlich ausge prägt. So lassen sich z. B. mit Si₃N₄-Schichten H₃O⁺- und mit Na-Al-Silikatschichten Na⁺-Ionenkonzentrationen bestimmen.

Neben solchen Festkörpermembranen haben Membranen aus organi schen Materialien eine besondere Bedeutung erlangt. So können z. B. PVC-Membranen durch die Zugabe von Ionophoren selektiv für bestimmte Ionensorten gemacht werden, deren Konzentratio nen potentiometrisch bestimmt werden kann.

In Fig. 1 ist eine ionenselektive "coated-film"-Elektrode dar gestellt, die nur aus einem Kunststoffträger (T), einer Sil berschicht (S) und einer ionenselektiven Membran (M) besteht. Das Potential der Membranunterseite kann hier über den Poten tialabgriff (PA) abgenommen werden. Bei der Messung ist die Oberseite der Membran mit der Meßlösung in Kontakt, und die Galvanispannung kann zwischen Potentialabgriff und einer Referenzelektrode potentiometrisch bestimmt werden.

Bei solchen einfachen Sensorelementen kann es an der Grenz fläche zwischen Silberschicht (S) und der ionenselektiven Membran (M) zu thermodynamischen Nichtgleichgewichtszuständen kommen (1), die die Messung der Ionenkonzentration verfäl schen.

Dieses Problem wird bei Dünnfilmelektroden (2) (Fig. 2) da durch vermieden, daß zwischen Membran (M) und Silberschicht (S) noch eine Festelektrolyt- (FE) und eine Silberchlorid schicht (SC) eingebracht werden.

Die Messung der Galvanispannung kann gemäß Fig. 3 zwischen einer ionenselektiven Elektrode (SE) und einer stabilen Refe renzelektrode (RE) oder nach Fig. 4 zwischen zwei unter schiedlichen ionenselektiven Elektroden (SE1, SE2) unter Ein beziehung einer Pseudo-Referenzelektrode (PRE) erfolgen.

Sollen mehrere ionenselektive Elektroden auf einem Träger zu einem Multisensorelement zusammengefaßt werden, so muß jede Elektrode einzeln auf der Rückseite entweder nach Art der "coated-film"- oder der Dünnschicht-Elektrode kontaktiert und mit der externen Signalelektronik verbunden werden.

Literatur

(1) P.Berveld
DEVELOPMENT AND APPLICATION OF CHEMICAL SENSORS IN LIQUIDS in: Sensors and Sensory Systems for Advanced Robots, NATO ASI Series, Vol. F43, Edited by P. Dario,Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1988
(2) US-Patent No 42 14 968, Jul.29,1980
(3) K. Cammann
BIO-SENSORS BASED ON ION-SELECTIVE ELECTRODES Fresenius Z. anal. Chem. 287, 1-9 (1977)

Kritik am Stand der Technik

Beim derzeitigen Stand der Technik ist es nachteilig, daß für ionenselektive Elektroden entweder komplizierte Schichtenfol gen oder aber thermodynamische Nichtgleichgewichtszustände in Kauf genommen werden müssen.

Ferner ist die Verwendung von Edelmetallschichten (z. B. Sil ber) insbesondere bei der Herstellung von "Einmalsensoren" aus wirtschaftlichen Gründen ungünstig.

Bei Multisensorelementen ist es darüber hinaus notwendig, eine Vielzahl von Anschlußkontakten nach außen zur Verfügung zu stellen.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Multisensorele mente von Chemo- und Bio-Sensoren als Minimalkonfiguration für den Einmalgebrauch ohne feste Elektrolyt- und Edelmetall schichten so auszubilden, daß die Sensorsignale m.H. einer Meßapparatur berührungslos d. h. ohne galvanische Kontaktie rung bestimmt werden können.

Die Ausgestaltung der Erfindung soll darüber hinaus eine automatische Handhabung der Multisensorelemente sowie die Un tersuchung von kleinen Flüssigkeitsmengen bis hinunter zu 0,1 ml erlauben.

Lösung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Multisensorelement eines Chemo- oder Bio-Sensors aus einem elektrisch nicht leitenden Trägermaterial sowie einer oder mehreren verschiedenen darauf befindlichen ionenselektiven Membranen besteht, die gegebenenfalls mit einem biologisch aktiven Material überzogen sind, und die Potentiale an der Membran-Trägermaterial-Grenzfläche bzw. der Elektrolyt-Trägermaterial-Grenzfläche m. H. einer von außen angebrachten zeitlich veränderlichen Kapazität dadurch bestimmt werden, daß eine oder mehrere die Kapazitäten bildenden beweglichen Elektroden um einen vorgegebenen Abstand vor den Sensorele menten schwingen, oder eine oder mehrere die Kapazitäten bildenden Elektroden z. B. m. H. einer rotierenden Scheibe so an den Sensormembranen vorbeigeführt werden, daß sich die effektive Fläche der Kapa zität zeitlich ändert.

Zur Bestimmung der Membranpotentiale wird das elektrische Po tential an der beweglichen Elektrode oder am Multisensorele ment m.H. einer Gegenspannung so nachgeregelt, daß die Poten tialdifferenz zwischen den jeweils wirksamen Elektroden der Kapazität und damit der in den Kapazitätszuleitungen auftre tende Wechselstrom minimal wird.

Hierbei ist das Potential der beweglichen Kapazitätselektrode so groß wie das Membranpotential bzw. Grenzflächenpotential, das dieser gegenüber steht. Somit kann die nachregelbare Ge genspannung als Sensorausgangssignal genutzt werden.

Ist die zeitlich veränderliche Kapazität m. H. einer auf einer rotierenden Scheibe befindlichen Gegenelektrode verwirklicht, so können auf diese Weise mehrere Grenzflächenpotentiale zeitlich versetzt abgetastet und die Gegenspannung mit einer getasteten Regelung abgeglichen werden.

Die Signale der einzelnen Sensorelemente des Multisensors können für Differenzmessungen z. B. paarweise verglichen werden.

Damit das Potential des Elektrolytes während der Messung zeitlich konstant bleibt, wird eine zeitlich unveränderliche Kapazität gegenüber dem Elektrolyt angeordnet. Ist der Wert dieser Kapazität groß gegenüber den Werten der veränderlichen Kapazitäten, so bleibt das Potential des Elektrolytes annähernd konstant.

Alternativ kann das Elektrolyt m. H. einer Pseudo-Referenzelektrode in Form einer elektrisch leitenden Schicht kontaktiert und damit dessen elektrisches Potential während der Messung konstant gehalten werden.

Erzielbare Vorteile

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Multisensorelement nur noch aus dem Trägermaterial sowie den ionenselektiven Membranen besteht. Eine solche Minimalkonfiguration bewirkt minimale Herstellungskosten, die für Einmalsensoren dieser Art von größter Bedeutung sind.

Da die ionenselektiven Membranen auf den Rückseiten keine galvanischen Kontakte besitzen, entfallen hier auch die durch thermodynamische Nichtgleichgewichtszustände verursachten Instabilitäten.

Darüber hinaus kann bei den Multisensorelementen wegen der kapazitiven, d. h. berührungslosen Bestimmung der Sensorpotentiale auf eine Vielzahl von elektrischen Anschlußkontakten verzichtet werden.

Die Ausgestaltung der Multisensorelemente erlaubt eine automatische Handhabung sowie die Untersuchung auch von kleinen Flüssigkeitsmengen bis hinunter zu 0,1 ml.

Ausführungsbeispiele

Die Fig. 5a zeigt ein Multisensorelement in der Draufsicht bzw. im Schnitt (Fig. 5b). Das Multisensorelement besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Trägermaterial (T), auf dem mehrere ionenselektive Membranen (N) angebracht sind. Das Elektrolyt bzw. die Meßlösung (E) wird von oben auf das Mul tisensorelement aufgebracht. Die Vertiefungen auf dem Träger (T) dienen dazu, für diese Bereiche größere Kapazitäten ge genüber einer später angebrachten beweglichen Elektrode auf der Rückseite zu realisieren. Dies ist insbesondere bei Meß verfahren mit einer rotierenden Scheibe notwendig, um gerade die Bereiche näher an die bewegliche Elektrode zu bringen, deren Grenzflächenpotentiale bestimmt werden sollen.

Andererseits ist es aber auch gemäß Fig. 6 möglich, diese Be reiche m. H. einer elektrischen Rückseitenabschirmung (AS) ab zugrenzen. In dieser Figur besteht das Multisensorelement wieder aus einem Träger (T) sowie mehreren ionenselektiven Membranen (M).

Wird hingegen mit mehreren schwingenden Elektroden unter den Membranen gearbeitet, so kann die Abschirmung (AS) auch ent fallen.

Bei Differenzmessungen können die Potentiale auf den Rücksei ten verschiedener Membranen verglichen werden. Außerdem ist es möglich, Differenzmessungen m. H. eines Sensorelementes (SE) und eines rudimentären Sensorelementes (RSE) ohne ionen selektive Membran durchzuführen (Fig, 5b, Fig. 6).

Zur Messung, d. h. zur Bestimmung der Sensorpotentiale wird das Multisensorelement (MSE) auf die Meßapparatur (MA) ge bracht (Fig. 7). Dabei bedeckt die Meßlösung (E) das Multisen sorelement. Unter dem Multisensorelement befinden sich in der Meßapparatur eine oder mehrere Gegenelektroden, die die ver änderlichen Kapazitäten bilden.

Ebenso ist es möglich, die Anordnung nach Fig. 7 um eine hori zontale Achse um 180° zu drehen, so daß das Multisensorelement von oben auf die Meßlösung gebracht wird.

In Fig. 8 ist ein Multisensorelement mit mehreren ionenselek tiven Membranen (M), einem rudimentären Sensorelement (RSE) sowie einer vereinfachten Meßanordnung gezeigt. Unter den Membranen sind bewegliche Elektroden (BE1, BE2, BE3 . . .) ange ordnet, deren Abstände zum Multisensorelement periodisch ver ändert werden. Diese beweglichen Gegenelektroden bilden zu den Membranrückseiten die veränderlichen Kapazitäten (C_s1, C_s2, C_s3 . . .) .

Hat das Grenzflächenpotential an der Membranrückseite einen anderen Wert als das Potential der beweglichen Gegenelek trode, so liegt an der Kapazität C_s eine elektrische Spannung U_s. Bei einer Veränderung des Abstandes d zwischen der Gegen elektrode und dem Sensorelement verändert sich die Kapazität C_s und es fließt ein zeitlich veränderlicher Strom i:

i = dQ/dt = (dC_s/dt) U_s

mit C_s = ε_o ε_r A/d und d = d₁ ± Δd

Q = elektrische Ladung
t = Zeit
ε_o = Dielektrizitätskonstante des leeren Raumes
ε_r = relative Dielektrizitätskonstante
A = Fläche der Kapazität
d = Abstand der Elektroden der Kapazität

Mit Hilfe einer Gegenspannung Uk kann die Potentialdifferenz U_s und damit der Wechselstrom i auf den Wert Null geregelt werden. Die Spannung Uk stellt nun das Sensorsignal dar, das mit dem Signal eines anderen Sensorelementes in Form einer Differenzmessung verglichen werden kann: U_diff = U_s1 - U_s2 Die Differenzmessung kann auch m. H. eines rudimentären Sen sorelementes (RSE) ohne ionenselektive Membran durchgeführt werden. Dabei wird das Grenzflächenpotential an der Phasen grenze zwischen Elektroly (E) und Trägermaterial (T) erfaßt.

Bei der Bestimmung der einzelnen Sensorpotentiale ist es von Bedeutung, daß sich das elektrische Potential des Elektroly tes nicht wesentlich verändert.

In der Anordnung nach Fig. 8 wird dies dadurch erreicht, daß das elektrische Potential des Elektrolytes m. H. der Kapazität C_g nahezu konstant gehalten wird. Für große Kapazitätswerte (C_g»C_s1+C_s2+C_s3...) ist dies auch dann gewährleistet, wenn an den Punkten S₁, S₂, S_3... der Schaltung veränderliche Poten tiale auftreten. Die Kapazität C_g wird zwischen dem Elektro lyt (E) und einer festen Gegenelektrode (GE) im Bereich der Wanne (W) gebildet. Es ist aber ebenso möglich, das elektri sche Potential des Elektrolyts m. H. einer Pseudo-Referenz elektrode (PRE) in Form einer elektrisch leitenden Schicht konstant zu halten (Fig. 9).

Für Messungen an Multisensorelementen nach Fig. 8 und Fig. 9 ist es nötig, unter jeder Sensormembran eine schwingende Elektrode (BE) anzuordnen.

Die schwingenden Elektroden können z. B. m. H. eines elektro magnetischen oder piezoelektrischen Systems angetrieben werden.

Darüber hinaus kann das Multisensorelement auch gegenüber einer schwingenden Gegenelektrode räumlich verschoben werden.

Dabei werden die einzelnen Sensorpotentiale nacheinander er faßt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 wird die veränderliche Ka pazität dadurch realisiert, daß eine bewegliche Elektrode (BE) seitlich unter den Sensormembranen verschoben wird. Die Kapazitätsänderung ΔC_s wird hier durch eine Flächenänderung ΔA erreicht, wobei A die Größe der Fläche angibt, mit der sich die bewegliche Elektrode (BE) und die jeweilige Membran räumlich überlagern.

Wird die bewegliche Elektrode (BE) nacheinander an den ver schiedenen Membranen M vorbeigeführt, so werden die Poten tiale an den Membranrückseiten zeitlich nacheinander erfaßt.

Mit Hilfe der Gegenelektrode (GE) wird auch hier im Bereich der Wanne (W) eine zeitlich unveränderliche Kapazität C_g ge genüber dem Elektrolyt gebildet, damit dessen elektrisches Potential annähern konstant bleibt.

Fig. 11 zeigt die zeitlichen Verläufe der Kapazität C_s (Fig. 11b) sowie des Stromes i (Fig. 11c) für den Fall, daß die bewegliche Elektrode (BE) an einer Membran (M) vorbeigeführt wird. Die Stromamplitude richtet sich nach der Größe der Po tentialdifferenz an der Kapazität C_s. Ist der Abgleich der Gegenspannung erfolgt, so gilt: i→O

In Fig. 12a ist das Multisensorelement (MSE) aus Fig. 10 in der Draufsicht dargestellt. Unter diesem ist eine rotierende Scheibe (RSC) mit einer oder mit mehreren beweglichen Elek troden (BE) so angeordnet, daß die bewegliche Elektrode nach einander an den Membranen M₁, M₂, M₃... vorbeigeführt wird, wobei zeitlich versetzt die Stromsignale der einzelnen Sens orelemente in der elektrischen Zuleitung der beweglichen Elektrode (BE) oder der festen Gegenelektrode (GE) auftreten (Fig. 12b).

Die Sensormembranen können auch gemäß Fig. 13 in zwei oder mehreren Reihen angeordnet und mit zwei oder mehreren beweg lichen Elektroden (BE1, BE2) abgetastet werden. In Fig. 13b ist der entsprechende Stromverlauf i über der Zeit t darge stellt.

Die rotierende Scheibe (RSC) läßt sich z. B. aus Kunststoff oder Glas herstellen und m. H. eines Elektromotors antreiben. Die beweglichen Elektroden (BE) können aus einer dünnen Me tallschicht bestehen, die z. B. m. H. des Aufdampfverfahrens auf die Scheibe aufgebracht werden. Ebenso ist es möglich, feste Metallelektroden in die Scheibe einzuschrauben, ein zugießen oder aufzukleben.

Die unbewegliche Gegenelektrode (GE) kann fest mit der Halte rung verbunden werden, die das Multisensorelement (MSE) in der Meßapparatur (MA) aufnimmt.

Fig. 14 zeigt das vereinfachte Blockschaltbild für die Sig nalelektronik. Die nacheinander gemäß Fig. 12b oder Fig. 13b auftretenden Strompulse werden für jedes Sensorelement be stimmt und die Gegenspannung pulsweise m. H. der getasteten Regelung so eingestellt, daß die Ausgangsspannungspulse u_s zeitlich versetzt die Höhe der einzelnen Sensorpotentiale wiedergeben.

Treten an einer Scheibe nach Fig. 12a bzw. 13a mit einem Durchmesser von ca. 10 cm Umdrehungsgeschwindigkeiten von 20 000 Umdrehungen pro Minute auf, so können an ionenselekti ven Membranen mit einer Fläche von 0,1 cm² Sensorpotentiale in der Größe von 1 mV aufgelöst werden.

Eine Kalibrierung der Sensorelemente ist nach den bekannten Verfahren m. H. von Testlösungen mit bekannten Ionenkonzentra tionen möglich.

Die Auswertung des Ausgangssignals kann anschließend z. B. mit Hilfe eines Rechners (PC) erfolgen.

Ionenselektive Multisensorelemente können auf unterschiedli che Weisen hergestellt werden.

Multisensorelemente nach Fig. 5 lassen sich dadurch erzeugen, daß in die vorgesehenen Vertiefungen des Trägermaterials (T) eine Flüssigmembranlösung z. B. m. H. eines Dosiersystems ein gebracht wird. Nach Verflüchtigung des Lösungsmittels bilden sich in den Vertiefungen die Sensormembranen.

Als Trägermaterial können Kunststoffe (Teflon, Polycarbonat, PVC oder andere) aber auch Glas oder Keramik verwendet wer den.

Für die Membranen lassen sich die bekannten Flüssigmembranma terialien einsetzen. Ionenselektive Polyvinylchlorid- (PVC) Membranen können zum Beispiel folgende Zusammensetzung haben: 33 Gewichts-% PVC, 66 Gewichts-% Weichmacher und 1 Gewichts-% Ionophore.

Für die Herstellung von Bio-Sensoren werden die Membranen nach den bekannten Verfahren zusätzlich z. B. mit Enzymen oder Mikroorganismen belegt.

Sollen vorgefertigte Membranen verwendet werden, so können die Membranen in die Vertiefungen des Trägermaterials (T) eingeklebt werden.

Gemäß Fig. 15 kann der Träger (T) auch aus einem Unterteil (TU) und einem Oberteil (TO) bestehen.

Ober- und Unterteile lassen sich wieder aus den oben genann ten Materialien herstellen.

Auf das Trägerunterteil (TU) können z. B. vorgefertigte Flüs sigmembranen aufgelegt werden, die anschließend m. H. des auf geklebten Oberteiles (TO) am Membranrand befestigt werden.

Ebenso ist es möglich, Festkörpermembranen z. B. aus SiO₂, Si₃N₄ oder Ti_xO_y auf dem Trägerunterteil zu erzeugen. Hierfür können z. B. folgende bekannte Verfahren der Festkörpertechno logie eingesetzt werden:

Bedampfung im Vakuum, CVD-Verfahren, Spin-On-Verfahren, Sieb druck.

Die Ausgestaltung der Multisensorelemente nach Fig. 5 Fig. 9 Fig. 10 sowie Fig. 15 verhindert in besonders vorteilhafter Weise den Kontakt zwischen Elektrolyt (E) und den Membranrän dern bzw. der Membranrückseite.

Die Multisensorelemente (MSE) können nach Fig. 16 auch einen Rand (R) besitzen, der die Meßflüssigkeit (E) am seitlichen Abfließen hindert. Darüber lassen sich die Multisensorele mente auch mit einer Abdeckung (AD) versehen (Fig. 17).

Auch ist es gemäß Fig. 18 möglich, die Gegenelektrode (GE) auf der Abdeckung (AD) anzubringen.

Ebenso kann die gesamte Anordnung um eine horizontale Achse um 180° gedreht werden.

Claims

1. Vorrichtung eines Chemo- und Bio-Sensorsystems zur Bestimmung von Ionenkonzentrationen in Flüssigkeiten aus einem Multisensorelement (MSE) und einer Meßapparatur sowie Verfahren zur berührungslosen Bestimmung der einzelnen Sensorpotentiale, dadurch gekennzeichnet, daß das Multisensorelement (MSE) aus einem elektrisch nichtleitenden Träger (T) sowie einer oder mehreren verschiedenen darauf befindlichen ionenselektiven Membranen (M) besteht, die gegebenenfalls mit einem biologisch aktiven Material überzogen sind, und die Potentiale an den Membran-Trägermaterial- Grenzflächen bzw. der Elektrolyt-Trägermaterial- Grenzfläche m. H. einer oder mehrerer von außen angebrachten zeitlich veränderlichen Kapazitäten C_s dadurch bestimmt werden, daß eine oder mehrere die Kapazitäten C_s bildenden beweglichen Elektroden (BE) um einen vorgegebenen Abstand vor den Sensorelementen schwingen, oder eine oder mehrere die Kapazitäten C_s bildenden beweglichen Elektroden (BE) z. B. m. H. einer rotierenden Scheibe so an den Sensor-Membranen (M) vorbeigeführt werden, daß sich die effektive Fläche (A) der jeweils wirksamen Kapazität C_s zeitlich ändert, und zur Bestimmung der einzelnen Membranpotentiale das elektrische Potential an der beweglichen Elektrode (BE) oder an der Gegenelektrode (GE) m. H. einer Gegenspannung U_k so nachgeregelt wird, daß die Potentialdifferenz zwischen den jeweils wirksamen Elektroden der Kapazität C_s und damit der in den Kapazitätszuleitungen auftretende Wechselstrom i minimal wird.

2. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß m. H. einer mit einer oder mehreren Elektroden (BE) versehenen rotierenden Scheibe (RSC) mehrere Membranpotentiale bzw. Grenzflächenpotentiale zeitlich versetzt dadurch abgetastet werde, daß die bewegliche Elektrode (BE) zeitlich nacheinander an den Membranen bzw. Sensoelemen ten vorbeigeführt wird.

3. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiale von jeweils zwei Sensormembranen (M) bzw. einer Sensormembran (M) und einem rudimentären Sensorelement (RSE) für Differenz messungen paarweise verglichen werden.

4. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung eines konstanten elektrischen Potentials im Elektrolyt (E) mit Hilfe einer Gegenelektrode (GE) eine zeitlich unveränderliche Kapazität C_g dem Elektrolyt (E) gegenüber angeordnet wird, deren Kapazität groß im Vergleich zu den Kapazitätswerten C_s der beweglichen Elektroden (BE) ist, und das elektrische Potential der Gegenelektrode (GE) durch die elektrische Schaltung definiert ist.

5. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewährleistung eines konstanten elektrischen Potentials das Elektrolyt (E) m. H. einer Pseudo-Referenzelektrode (PRE) in Form einer elektrisch leitenden Schicht aus Platin, Silber Graphit oder anderen Materialien kontaktiert wird.

6. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Träger (T) des Multisensorelementes (MSE) Vertiefungen befinden, die die Sensormembranen (M) aufnehmen und dazu dienen, die Bereiche näher an die bewegliche Elektrode (BE) zu brin gen, deren Grenzflächenpotentiale bestimmt werden sollen.

7. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Unterseite des Trägers (T) eine elektrisch leitende Schicht (AS) aus Aluminium, Kupfer, Graphit oder anderen Materialien befindet, die durch die elektrische Abschirmung eine Abgrenzung der Bereiche gewährleistet, deren Grenzflächenpotentiale bestimmt werden sollen.

8. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Messung das Multi sensorelement (MSE) so auf die Meßapparatur (MA) gebracht wird, daß die zur Meßapparatur gehörenden beweglichen Elektroden (BE) zur Bestimmung der einzelnen Sensor potentiale genutzt werden können.

9. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der beweglichen Elektrode (BE) sowie der Sensormembran (M) m. H. eines elektromagnetischen oder piezoelektrischen Antriebssystems periodisch verändert wird, und die Schwingungsfrequenz im kHz-Bereich liegt.

10. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (M) des Multisensorelementes (MSE) in einer oder in mehreren Reihen angeordnet sind, und die einzelnen Membran potentiale m. H. einer oder mehrerer auf einer rotierenden Scheibe (RSC) befindlichen Elektroden (BE) zeitlich nach einander abgetastet werden.

11. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Scheibe (RSC) aus Kunststoff, Glas oder Keramik besteht und mit Hilfe eines Elektromotors angetrieben wird, und die beweglichen Elektroden (BE) aus aufgedampften Metallschichten oder festen Metallelektroden bestehen, die in die Scheibe eingeschraubt, eingegossen oder aufgeklebt sind.

12. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe der rotierenden Scheibe (RSC) und den beweglichen Elektroden (BE) an den Sensormembranen hervorgerufenen Strompulse zeitlich nacheinander für jedes Sensorelement bestimmt und die Gegenspannung u_k pulsweise m. H. einer getasteten Regelung so eingestellt wird, daß die Ausgangsspannung u_s zeitlich nacheinander die einzelnen Sensorpotentiale wiedergibt.

13. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Scheibe (RSC) einen Durchmesser zwischen 1 cm und 5 cm hat und mit 1000 bis 50 000 Umdrehungen pro Minute vor Sensormembranen (M) rotiert, die einen Durchmesser von 1 mm bis 10 cm haben.

14. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die vorgesehenen Vertiefungen des Trägers (T) eine Flüssigmembranlösung z. B. m. H. eines Dosiersystems eingebracht wird, die nach Verflüchtigung des Lösungsmittels die Sensormembranen (M) bildet, und daß die Sensormembranen (M) z. B. aus einem PVC-Material mit folgender Zusammensetzung besteht: 33 Gewichts-% PVC, 66 Gewichts-% Weichmacher, 1 Gewichts-% Ionophore, und die Membranen (M) gegebenenfalls mit Enzymen oder Mikroorganismen belegt sind.

15. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (T) aus PVC- Material, Polycarbonat, Teflon, anderen Kunststoffen. Glas oder Keramik besteht und in einem Stück oder aus einem Ober- (TO) und einem Unterteil (TU) hergestellt wird.

16. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorgefertigte Flüssigmembra nen auf das Trägerunterteil (TU) aufgebracht und anschließend mit dem Trägeroberteil verklebt oder verschweißt werden.

17. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Festkörpermembranen z. B. aus SiO₂-, Si₃N₄- oder Silikatglasschichten auf das Trägerunterteil (TU) z. B. mit Hilfe des Aufdampf-, CVD-, Spin-On- oder Siebdruckverfahrens aufgebracht werden und anschließend das Trägeroberteil (TO) aufgeklebt oder aufgeschweißt wird.

18. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Multisensorelement (MSE) einen Rand (R) besitzt, der die Meßflüssigkeit (E) am seitlichen Abfließen hindert.

19. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Multisensorelement (MSE) eine Abdeckung (AD) besitzt und gegebenenfalls die Abdeckung auch die Gegenelektrode (GE) trägt.