Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6798

Miniaturisierte elektrochemische Detektoren für kapillare Analysesysteme

Mario Strasser

Zusammenfassung
Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse umfassen drei Entwicklungsstufen. Zu Beginn stehen eine Einarbeitungsphase im Bereich der Kupfermikroscheibenelektroden und die Entwicklung einer beispielhaften Analysenmethode für die amperometrische Detektion an solchen Mikroelektroden.

Aufbauend auf die aus den Vorversuchen gewonnenen Ergebnisse erfolgt in der zweiten Entwicklungsstufe die Fertigung metallischer Dünnschichtelektroden mit Hilfe von Her-stellungsverfahren aus dem Bereich der Mikrosystemtechnik und deren elektrochemische Charakterisierung. Dabei werden neben Dünnschichtelektroden aus Gold und Platin auch erstmalig Dünnschichtelektroden aus Kupfer eingeführt und näher untersucht. Im Anschluss daran steht der analytische Einsatz der Dünnschichtelektroden als diskrete elektrochemische Detektoren in der Kapillarelektrophorese. Dabei kommen insbesondere zwei Detektorgeometrien zum Einsatz. Neben der klassischen wall-jet-Anordnung wird die für planare Mikroelektroden einfach handhabbare tangential angeströmte Mikroelektrode näher untersucht.

Die letzte Entwicklungsstufe beschäftigt sich mit der Herstellung von Mikrokanälen aus polymeren Werkstoffen. Neu ist die Integration der Dünnschichtelektroden in das Mikro-kanalsystem, wobei diese die Zu- und Ableitung der elektrophoretischen Hochspannung sowie die elektrochemische Detektion übernehmen. Daraus resultiert ein funktions-tüchtiger CE-Chip mit elektrochemischer Detektion.

Miniaturized electrochemical detectors for capillary analysis systems

Abstract
The following results consist of three stages of development. The first stage starts with an introduction to the field of copper microdisc electrodes and the evolution of an exemplary analysis method for the amperometric detection on such electrodes.

Building upon the results gained in the first stage it is possible to fabricate metallic thin layer electrodes in the second stage with the aid of microsystem technology. Also their electrochemical characterization is realized. Besides thin layer electrodes made of gold and platinum such electrodes made of copper are introduced for the first time. Further more the analytical use of thin layer electrodes as discrete electrochemical detectors in capillary electrophoresis is presented. In this context two detector layouts are compared. In addition to the classic wall jet detector using planar microelectrodes a new “tangentially approached” detector is closely studied in this work.

The last stage of development deals with the production of microchannels made of polymeric materials. New is the integration of thin layer electrodes for the high voltage as well as for the electrochemical detection. The combination of microchannels with thin layer electrodes results in a working CE-chip with electrochemical detection.

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