By Peter Gründler

Die Forschung und Anwendungsentwicklung in dem Bereich chemischer und biochemischer Sensoren ist weiterhin in einem schnellen Wachstum begriffen. Die Erfahrungen des letzten Jahrzehnts haben jedoch gezeigt, dass die erfolgreiche Entwicklung solcher Sensoren, die auch den harten Routinebedingungen in den vielfältigen Anwendungsgebieten widerstehen, nur dann möglich ist, wenn Chemiker und Ingenieure kooperieren. Daher ist es das Ziel dieses Lehrbuches, sowohl Chemikern als auch Ingenieuren, Lebensmittel- und Biotechnologen in einer streng systematischen aber sehr praxisorientierten Darstellung die Technologie und die Anwendung chemischer Sensoren nahezubringen.

Der interdisziplinäre Ansatz überbrückt die unterschiedlichen Denkweisen in Chemie, Physik und Ingenieurwissenschaften erfolgreich.

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Dies führt zur Modulation des Kanalwiderstandes und damit zu einer „Verstärkung“ der Gatespannung. Tatsächlich sind MOSFETs echte Spannungsverstärker, da sie praktisch leistungslos arbeiten. MOSFETs bilden die Basis bestimmter Sensoren, die in den Kapiteln 3 und 7 behandelt werden. Auch auf MOS-Bauelemente läßt sich die Vorstellung von einer Bandverbiegung an der Grenze zwischen Halbleiter und Isolator anwenden. Für das Beispiel p-dotierten Halbleitermaterials lassen sich die in Abb. 10 skizzierten drei Fälle (a) Anreicherung von Löchern; (b) Verarmung von Löchern und (c) Inversion (Anreicherung von Elektronen) danach unterscheiden, ob die Oberflächenladung ȥ an der Grenzfläche Halbleiter-Isolator größer oder kleiner ist als das Potential ij im Inneren des Halbleiters.

Die Triebkraft einer chemischen Reaktion entscheidet nicht allein über die Geschwindigkeit, mit der Stoffe reagieren. Eben so wichtig sind die Reaktionshemmungen. Stoffe, die solche Hemmungen aufheben, ohne selbst durch die Reaktion verändert zu werden, sind Katalysatoren. Bereits kleinste Mengen dieser Substanzen können eine Reaktion sehr stark beschleunigen. Reaktionshemmungen können als Energiebarriere betrachtet werden. Damit eine Reaktion in Gang kommen kann, muß zunächst diese Barriere überwunden werden.

Der Quotient aus Wanderungsgeschwindigkeit v und Feldstärke E wird als Beweglichkeit u+ bzw. uv v der Ionen definiert: u . Beide Ionensorten tragen entsprechend und u E E ihren Beweglichkeiten zur Leitfähigkeit eines Elektrolyten bei. Die Leitfähigkeit ist meßbar. 2 Sensor-Chemie 43 1 l ˜ . 19) ci sind die Konzentrationen der in der Lösung vorhandenen Elektrolyten in -3 -1 mol·cm . F ist die molare Ladung (Faraday-Konstante) in As·mol . Der in Gl. 19) gegebene Zusammenhang erlaubt die analytische Bestimmung von Konzentrationen durch Messung elektrolytischer Leitfähigkeiten.

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