Die Integration enzymbasierter Biosensoren in die analytische Chemie, hat zu deutlichen Verbesserungen der Selektivität beim Nachweis spezifischer Analyten geführt. In Kombination mit Infrarotspektroskopie (IR), ermöglichen diese Biosensoren die Überwachung des Reaktionsverlaufs, indem der charakteristische spektrale Fingerabdruckbereich des Zielmoleküls genutzt wird. Um dies zu ermöglichen, können bioaktive Materialien wie Enzyme auf kleinen Trägern wie Siliziumdioxidpartikeln oder Glasperlen immobilisiert werden. Diese katalysieren dann Reaktionen, deren einzigartige Signaturen mittels IR-Spektroskopie detektiert werden können. In einem Transmissionsaufbau implementiert, unterstützt diese Methode den effektiven Einsatz von Biosensoren im MIR-Bereich.Dieses Prinzip kann für Anwendungen in der Treibstoffqualitätskontrolle genutzt werden, wo bereits geringe Verunreinigungen zu einer Verminderung der Treibstoffqualität führen können, weshalb die Überwachung und Quantifizierung von Fettsäuremethylestern (FSME) in Kerosin dort eine wichtige Rolle spielt.Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines ATR-basierten Aufbaus, welcher der Quantifizierung von FSME in Kraftstoff dient. Hierfür musste ein eigens entwickeltes, auf einem ein Mikro-Elektro-Mechanischen-System (MEMS) basierendes Spektrometer charakterisiert, und mit verschiedenen ATR-Kristallen kombiniert werden, um den optimalen experimentellen Aufbau zu ermitteln. Die Nachweisgrenze für den Schlüsselanalyten wurde in der ATR-Konfiguration auf unter ein Gewichtsprozent bestimmt.Im zweiten Teil dieser Arbeit lag der Fokus auf der Weiterentwicklung der Echtzeitüberwachung enzymatischer Reaktionen, insbesondere der Aminolyse, mittels Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FT-IR). Hierfür wurde ein Protokoll zur Funktionalisierung von Silicapartikeln entwickelt, wodurch die Immobilisierung verschiedener Lipase-Enzyme möglich gemacht wird. Die modifizierten Partikel wurden anschließend mithilfe einer kleinen Säule zurückgehalten, welche in ein Transmissions-Messsystem integriert war. Proben mit unterschiedlichen Konzentrationen eines in Heptan gelösten Modell-FAME wurde hergestellt, und im Kreis durch das System geleitet, zuerst durch die partikelgepackte Säule und anschließend weiter zur Transmissionszelle. Nach Zugabe eines Amins erfolgte die enzymatische Reaktion, welche mittels FT-IR-Spektroskopie in Echtzeit verfolgt werden konnte. Dabei konnten Konzentrationen bis hinunter zu 20–40 ppm erfolgreich detektiert werden.
Katharina Schütz (Sun,) studied this question.