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Chemische Sensoren Ionenparameter bestimmen: pH-Wert, Nitrat, Phosphat und Kalium

Quelle: Pressemitteilung 1 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut fuer Photonische Mikrosysteme
OKW Odenwälder Kunststoffwerke Gehäusesysteme GmbH
Treston Deutschland GmbH
dataTec AG

Mit der so genannten n-Well-Integration ist es möglich, verschiedene Wasserparameter wie pH-Wert, Nitrat, Phosphat und Kalium gleichzeitig zu bestimmen. Damit lassen sich wichtige Ionenparameter parallel und kontinuierlich messen.

Chip mit zwei individuellen ISFETs in jeweils einer n-Wanne, gebondet auf einer Keramikplatine(Bild: Fraunhofer IPMS)
Chip mit zwei individuellen ISFETs in jeweils einer n-Wanne, gebondet auf einer Keramikplatine
(Bild: Fraunhofer IPMS)

Forscher am Fraunhofer-Institut IPMS nutzen ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFETs) zur gleichzeitigen Messung verschiedener Wasserparameter. Die Technik ist auch n-Wannen-Integrationstechik bekannt. Sie erlaubt es, auf einem einzigen Sensorchip mehrere wichtige Wasserparameter parallel und kontinuierlich zu erfassen. Dazu gehören pH-Werte sowie Nitrat-, Phosphat- und Kaliumkonzentrationen.

ISFETs arbeiten ähnlich wie herkömmliche Feldeffekttransistoren, jedoch wird das elektrische Potenzial an der Gate-Elektrode durch die Ionenkonzentration in einer Lösung beeinflusst, anstatt durch eine Spannung. Damit lassen sich mit ISFETs spezifische Ionen in Flüssigkeiten detektieren.

Unterschiedliche Ionen gleichzeitig messen

Die n-Wannen-Integrationstechnik nutzt spezielle n-dotierte Bereiche auf dem Sensorchip, um die verschiedenen ionensensitiven Schichten zu integrieren. Damit ist es möglich, mehrere ISFETs auf einem Chip zu kombinieren, sodass unterschiedliche Ionen gleichzeitig gemessen werden können. Jede n-Wanne ist dabei auf einen spezifischen Ionenparameter spezialisiert, wodurch die selektive Detektion der jeweiligen Ionen gewährleistet wird.

„Ein derartiges Messsystem, welches essenzielle Parameter von Wasser kontinuierlich in Echtzeit erfassen kann, hat ein riesiges Marktpotenzial“, sagt Dr. Olaf R. Hild, Leiter des Geschäftsfelds Chemische Sensorik am Fraunhofer IPMS. „Es eröffnet neue Möglichkeiten für Anwendungen in der Umweltanalytik, der Land- und Wasserwirtschaft sowie im stark wachsenden Markt der Indoorfarming-Anwendungen.“

Nachhaltige Landwirtschaft wird möglich

Der Einsatz der Technik soll dazu beitragen, die Effizienz und Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft zu steigern. Dazu kombiniert man die Messdaten mit externen Daten, wie zum Beispiel Wetterdaten. Dies würde Landwirten ermöglichen passgenaue Nährstoffgaben vorzunehmen. Das spart nicht nur Kosten für Düngemittel, sondern schont auch die Umwelt. (heh)

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