DE102012102321A1

DE102012102321A1 - Miniaturisierte ionenselektive Elektrode zweiter Art

Info

Publication number: DE102012102321A1
Application number: DE102012102321A
Authority: DE
Inventors: Gorden Steve Link; Massimo Kubon; Tobias Ensslen
Original assignee: NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut
Current assignee: NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-09-26
Also published as: WO2013139758A1

Abstract

Referenzelektrode zweiter Art mit einer Metall/Metallsalz Elektrode (21), deren Oberfläche zumindest in einem Oberflächenbereich (24) mit einem polymerisierten Festkörperelektrolyten (23) bedeckt ist, in dem erste Ladungsträger kovalent gebunden sind und in dem zu den ersten Ladungsträgern gegensinnig geladene Gegenladungsträger durch die ersten Ladungsträger immobilisiert sind, wobei die Gegenladungsträger dem Anion des Metallsalzes entsprechen, und wobei der Festkörperelektrolyt (23) an zumindest einem Abschnitt seiner Oberfläche als Kontaktfläche (26) zu einem Analyten ausgebildet ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine miniaturisierte ionenselektive Elektrode zweiter Art.
Im Hinblick auf medizinische Anwendungen, beispielweise im Rahmen von aktiven Implantaten, Point-of-Care Vorrichtungen, und biologischen Anwendungen, beispielsweise bei Lab-on-a-Chip Anwendungen, wird die Miniaturisierung von elektrochemischen Sensoren angestrebt, um Wirtschaftlichkeit und optimale Systemintegration, beispielsweise im Hinblick auf kleinste Probenvolumina und minimal invasive Intervention, zu gewährleisten.
Eine Grundvoraussetzung dafür sind miniaturisierbare, langzeitstabile, vom Messmedium unabhängige und vor allem einfach und kostengünstig herstellbare Referenzelektrodensysteme.
Alle elektrochemischen Sensoren zur Messung von Molekülen, wie bei der Bestimmung der Sauerstoffkonzentration, oder von Ionen, wie bei der Bestimmung des pH-Wertes oder der Natrium-, Kalium-, Calciumkonzentration, brauchen ein Referenzelektrodensystem in Form einer Halbzelle; siehe E. Bakker, "Electrochemical sensors," Anal Chem, vol. 76, pp. 3285–98, Jun 15 2004, und D. Grieshaber et al., "Electrochemical Biosensors – Sensor Principles and Architectures," Sensors, vol. 8, pp. 1400–1458, 2008.
Standardreferenzelektroden hierfür sind die Standardwasserstoffhalbzelle oder Referenzelektroden zweiter Art mit einer Metall/Metallsalz-Elektrode, wie Ag/AgCl, und einem Elektrolytreservoir, z. B. hochmolarer KCl-Lösung, sowie einer sogenannten Salzbrücke, die die Verbindung zu dem Analyten herstellt. In 1 ist eine derartige Standardreferenzelektrode dargestellt; sie wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Auch das Potential von pH-Elektroden kann als Referenzpotential verwendet werden; siehe J. Noh et al., "Nanoporous platinum solid-state reference electrode with layer-by-layer polyelectrolyte junction for pH sensing chip," Lab on a Chip, 2010.
In Analyten mit bekannter Chloridionenkonzentration wird der Referenzelektrolyt aus praktischen Gründen weggelassen und nur das Ag/AgCl Elektrodenelement verwendet. Man spricht hier von einer „Pseudo-Referenzelektrode”; siehe B. Polk et al., "Ag/AgCl microelectrodes with improved stability for microfluidics," Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 114, pp. 239–247, 2006.
Pseudo-Referenzelektroden können danach aufgrund ihrer Abhängigkeit von der Chloridionenkonzentration nur in Elektrolyten mit bekannter und konstant bleibender Chloridionenkonzentration eingesetzt werden.
Es wurden auch bereits „feste” Materialien für den Ersatz des flüssigen Referenzelektrolyten und der Salzbrücke vorgeschlagen; siehe U. Guth et al., "Solid-state reference electrodes for potentiometric sensors," Journal of Solid State Electrochemistry, vol. 13, pp. 27–39, 2009.
S. K. Kim et al., "A miniaturized electrochemical system with a novel polyelectrolyte reference electrode and its application to thin layer electroanalysis," Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 115, pp. 212–219, 2006, schlagen beispielsweise die Verwendung von Hydrogelen als Ersatzmaterialien für Ionenträger vor.
A. Kisiel et al., "All-solid-state reference electrodes based on conducting polymers," Analyst, vol. 130, pp. 1655–62, Dec 2005, verwenden dagegen konduktive Polymere, und H. Huang et al., "A Reference Electrode System for Electrochemical Measurements in Pure Water," Electroanalysis, vol. 23, pp. 577–582, 2011, schlagen dagegen Ionomere vor.
Chloridionen wurden in diese Ersatzmaterialien in Form von Salzen eingemischt; siehe Å. U. Tymecki et al., "Screen-printed reference electrodes for potentiometric measurements," Analytica Chimica Acta, vol. 526, pp. 3–11, 2004.
Durch Einmischen gelöster Chloridionen in ein Trägermaterial können die Ionen jedoch unerwünscht in den Analyten diffundieren, wodurch sich die Chloridionenkonzentration und damit das Potential der gesamten Referenzelektrode verändert. Bei Reservoirs mit kleinen Volumina führt dies zu einer inakzeptablen Drift des Elektrodenpotentials und somit zu fehlerbehafteten Messungen.
Es ist auch bekannt, funktionalisierte Polymermembranen als Salzbrücken und als selektive Ionenbrücken einzusetzen; siehe B. Eric, "Hydrophobic Membranes as Liquid Junction-Free Reference Electrodes," Electroanalysis, vol. 11, pp. 788–792, 1999.
Die Ionendurchlässigkeit von Polymermembranen ist jedoch nur bedingt selektiv und muss einem hohen Ionenkonzentrationsgradienten gegenüber dem Analyten standhalten.
Miniaturisierte Aufbau- und Verbindungstechniken der klassischen Standardreferenzelektrode lassen sich ferner nur sehr kostenintensiv und nicht reproduzierbar realisieren; siehe H. Suzuki et al., "Problems associated with the thin-film Ag/AgCl reference electrode and a novel structure with improved durability," Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 46, pp. 104–113, 1998, und A. Simonis et al., "Strategies of Miniaturised Reference Electrodes Integrated in a Silicon Based "one chip" pH Sensor," Sensors, vol. 3, pp. 330–339, 2003.
Feste Ionenträgermaterialien, die den flüssigen Referenzelektrolyten ersetzen sollen, müssen darüber hinaus vor dem Einsatz in einem Elektrolytreservoir flüssig gelagert werden können. Bei Trockenlagerung ist in der Regel vor Einsatz eine Prä-Konditionierung mit der Messlösung erforderlich. Diese „Elektrodenaktivierung” ist ebenfalls aufwändig und daher mit den erwähnten und weiteren Nachteilen verbunden.
Es wurde auch bereits die Verwendung von ionischen Flüssigkeiten in Referenzelektroden erwogen.
Ionische Flüssigkeiten sind flüssige Salze, die lediglich aus einer Anionen- und einer entsprechender Kationenkomponente ohne Lösungsmittel bestehen; siehe M. Armand et al., "Ionic-liquid materials for the electrochemical challenges of the future," Nat Mater, vol. 8, pp. 621–629, 2009.
Ionische Flüssigkeiten wurden bereits als Ionenspender eingesetzt; siehe R. Mamińska et al., "All-solid-state miniaturised planar reference electrodes based on ionic liquids," Sensors and Actuators B, vol. 115, pp. 552-557, 2006. Ihre Verwendung als Weichmacher beschreiben N. V. Shvedene et al., "Ionic Liquids Plasticize and Bring Ion-Sensing Ability to Polymer Membranes of Selective Electrodes," Electroanalysis, vol. 18, pp. 1416–1421, 2006.
Ferner wurden sie in Referenzelektrolyten durch Einmischen eingesetzt; siehe D. Cicmil et al., "Ionic Liquid-Based, Liquid-Junction-Free Reference Electrode," Electroanalysis, vol. 23, pp. 1881–1890, 2011.
Ionische Flüssigkeiten wurden auch bereits nach vorhergehender Derivatisierung als Monomere in Polymeren eingesetzt; siehe D. Batra et al., "Formation of a Biomimetic, Liquid-Crystalline Hydrogel by Self-Assembly and Polymerization of an Ionic Liquid," Chemistry of Materials, vol. 19, pp. 4423–4431, 2011/11/09 2007, und J. Lu, F. Yan, und J. Texter, "Advanced applications of ionic liquids in polymer science," Progress in Polymer Science, vol. 34, pp. 431–448, 2009.
Die EP2075574A1 beschreibt die Verwendung einer Beschichtung aus einer ionischen Flüssigkeit als Salzbrücke in einer Referenzelektrode.
Die GB 2 468 682 A beschreibt die Verwendung einer in einem Gel ionisch gebundenen ionischen Flüssigkeit in einem pH Sensor.
Die US 2011/056831 A1 beschreibt das Einmischen einer ionischen Flüssigkeit als flüssigen Elektrolyten in einer Polymermatrix einer miniaturisierten Referenzelektrode.
Das in der Polymermatrix rein mechanisch gehaltene, große organische Kation ist dennoch in der Polymermatrix beweglich und kann ausdiffundieren, wodurch auch das kleinere Anion – hier z. B. Chloridion – verloren geht. Derartige Polymere, Gele und Gelatine mit immobilisierten ionischen Flüssigkeiten sind daher nach Kenntnis der Erfinder nicht für die Herstellung von langzeitstabilen, mininaturisierten Referenzelektroden geeignet.
Vor diesem Hintergrund besteht Bedarf an einer kostengünstigen, reproduzierbaren und vor allem langzeitstabilen Mikroreferenzelektrode.
Der Erfindung liegt daher u. a. die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Elektrolyten für Referenzelektroden zu entwickeln, der sich leicht mikrotechnisch verarbeiten lässt, die Diffusion von Chloridionen in den Analyten zumindest reduziert und vorzugsweise auch die Drücke des Ionenkonzentrationsgradienten in das Medium reduziert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch einen insbesondere in einer Referenzelektrode verwendbaren Festkörperelektrolyt, umfassend eine Polymermatrix, hergestellt durch Polymerisieren einer Monomerlösung, die zumindest ein Monomer, ggf. zumindest einen Quervernetzer, und zumindest eine direkt polymerisierbare ionische Flüssigkeit aufweist, die einen organischen Ladungsträger, vorzugsweise organisches Kation, und einen anorganischen Gegenladungsträger, vorzugsweise einanorganisches Anion, aufweist, wobei das organische Kation vorzugsweise zumindest einen Allyl-Rest, weiter vorzugsweise zumindest einen quarternären Stickstoff aufweist.
Unter einer direkt polymerisierbaren ionischen Flüssigkeit wird eine ionische Flüssigkeit verstanden, die ohne vorherige Derivatisierung des organischen Ladungsträgers eingesetzt werden kann. Dies ist insbesondere unter Herstellungsgesichtspunkten von Vorteil.
Statt der Kationen können für bestimmte Anwendungsfälle auch organische Anionen kovalent in das Polymer eingebunden sein, und so die Konzentration der Kationen konstant halten.
Statt über einen quarternären Stickstoff kann die positive Ladung auch über organische Metallverbindungen mit Elementen der 5. Hauptgruppe oder andere Gruppen wie Carbokationen, Nitrosylgruppen, Phosphonium, Sulfonium erzeugt werden.
Die Monomerlösung kann schließlich auch mehr als drei Monomere enthalten, um beispielsweise eine weitere Funktion wie das Quellverhalten oder die Viskosität zu beeinflussen.
Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch eine Referenzelektrode mit einer Metall/Metallsalz Elektrode, deren Oberfläche zumindest in einem Oberflächenbereich mit einem polymerisierten Festkörperelektrolyten bedeckt ist, in dem erste Ladungsträger kovalent gebunden sind und in dem zu den ersten Ladungsträgern gegensinnig geladene Gegenladungsträger durch die ersten Ladungsträger immobilisiert sind, wobei die Gegenladungsträger dem Anion des Metallsalzes entsprechen, und wobei der Festkörperelektrolyt an zumindest einem Abschnitt seiner Oberfläche als Kontaktfläche zu einem Analyten ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die ersten Ladungsträger einen quaternären Stickstoff ausweisen, und der quaternäre Stickstoff vorzugsweise Teil eines ggf. substituierten Heterocyclyl- oder Heteroarylrests bildet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Referenzelektrode, mit den Schritten:

a) Bereitstellen einer vorzugsweise mikromechanischen Trägerstruktur, in der zumindest eine Metall/Metallsalz-Elektrode angeordnet ist,
b) Bereitstellen einer Monomerlösung aus zumindest einem Monomer, vorzugsweise zumindest einem Quervernetzer, und zumindest einer direkt polymerisierbaren ionische Flüssigkeit, die erste und gegensinnig geladene Gegenladungsträger umfasst,
c) Überschichten zumindest eines Oberflächenbereiches der Metall/Metallsalz-Elektrode mit der Monomerlösung, und
d) Aktivieren der Monomerlösung derart, dass sie unter kovalenter Einbindung der ersten Ladungsträger zu einem Festkörperelektrolyten mit einer Polymermatrix vernetzt, in der die Gegenladungsträger immobilisiert sind.

Der Quervernetzer kann dabei als gesonderte Substanz eingesetzt werden, wobei es auch möglich ist, das organische Kation oder das organische Anion der ionischen Flüssigkeit mit zumindest zwei reaktiven Resten zu versehen, so dass der organische Ladungsträger der ionischen Flüssigkeit auch als Quervernetzer wirkt.
Die Erfindung betrifft daher auch eine direkt polymerisierbare ionische Flüssigkeit mit einem organischen Ladungsträger und einem anorganischen Gegenladungsträger, wobei der organische Ladungsträger zumindest zwei reaktive Reste aufweist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen ionischen Flüssigkeit als Quervernetzer in dem neuen Verfahren oder in dem neuen Festkörperelektrolyten, oder in der neuen Referenzelektrode.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht unter anderem darin, das organische Kation einer ionischen Flüssigkeit kovalent in einer Polymermatrix zu binden, um so das Anion sehr viel effektiver zu immobilisieren, als dies bei dem bekannten mechanischen Immobilisieren der Kationen in Gelen oder Gelatine erfolgt.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich erkannt, dass es nicht erforderlich ist, die ionische Beweglichkeit der Kationen bei den „mechanisch” in Gele oder Gelatine eingemischten ionischen Flüssigkeiten beizubehalten, wie dies im eingangs diskutierten Stand der Technik gefordert ist.
Es war vor dem Hintergrund des eingangs zitierten Standes der Technik nicht zu erwarten, dass eine Polymermatrix, die kovalent gebundene große organische Ladungsträger, vorzugsweise Kationen, und kleine anorganische Gegenladungsträger, vorzugsweise Anionen enthält, bei Verwendung in einer Referenzelektrode dazu führt, dass die bekannte und unerwünschte kontinuierlichen Diffusion des Gegenladungsträger, insbesondere die Chloriddiffusion aus dem Referenzelektrolyten in den Analyten und der dabei entstehende Signaldrift effektiv vermieden werden.
Der neue Festkörperelektrolyt eignet sich somit insbesondere zur Erstellung einer langzeitstabilen Referenzelektrode für mikrosystemtechnische Anwendungen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass das Elektrodenpotential einer Referenzelektrode mittels eines mikrotechnisch verarbeitbaren Festkörperelektrolyten, konstant gehalten wird.
Der Referenzelektrolyt der Referenzelektrode wird dabei in einer Ausführung durch einen Terpolymer-Festkörperelektrolyt gebildet, der die Chloridkonzentration mittels kovalent gebundener und dadurch immobilisierter Kationen konstant hält.
Erfindungsgemäß wird auch eine Ionenselektive Elektrode zweiter Art mit in situ erstellbarem, rein ionenleitfähigem Polymerelektrolyten geschaffen, bei dem das zugehörige Ion kovalent immobilisiert ist und so durch eine ortsfeste elektrische Ladung der Verlust des freien Gegenions minimiert oder ganz vermieden wird.
Das Elektrodenpotential wird erfindungsgemäß dadurch stabilisiert, dass die in den Festkörperelektrolyten eingebrachte Ionenkonzentration mittels kovalent gebundener Gegenionen fixiert wird. Zusätzlich übernimmt der Festkörperelektrolyt vorteilhaft auch die Funktion der Salzbrücke zu dem Analyten.
Der Festkörperelektrolyt liegt dabei in einer Ausführung zunächst in einer Lösung mit drei Monomeren vor, die mittels UV-Licht und zugehörigem Initiatorsystem zu einem Terpolymer polymerisiert werden.
Dies ermöglicht eine einfache mikrotechnische Verarbeitung der Monomerlösung mittels Dispensierung, Spin-coating und Spray-Coating mit anschließendem Aushärten insbesondere durch UV-Bestrahlung, und führt zu einer hohen Stabilität des Elektrodenpotentials ohne dass zusätzlich eine Salzbrücke oder eine weitere Derivatisierung der Monomerbestandteile erforderlich ist.
Das Terpolymer lässt sich durch Abformen, Drucken (Inkjet-Verfahren) und Photolithographie im mm, um und nm Maßstab mikro- und nanotechnisch strukturieren.
Damit ergibt sich eine hohe Fertigungsreproduzierbarkeit für die neue miniaturisierte Referenzelektrode, die sich insbesondere für die Anwendung in Mikrosystemen eignet.
Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die Referenzelektrode trocken, also ohne ein flüssiges Elektrolytreservoir oder eine Präkonditionierlösung gelagert werden kann.
Durch Einstellen der Initiatorkonzentration wird der Überstand an Monomeren nach der Polymerisation reduziert, was zu einer hohen Biostabilität der neuen Referenzelektrode führt.
Bei dem erfindungsgemäß verwendeten Festkörperelektrolyten ist es dabei bevorzugt, wenn das organische Kation einen allyl-substituierten Heterocyclyl- oder Heteroarylrest mit einem quaternären Stickstoff, insbesondere einen allyl-substituierten Imidazoliumrest umfasst, insbeosndere die ionische Flüssigkeit 1-Allyl-3-methylimidazolium-chlorid ist, weiter vorzugsweise der Festkörperelektrolyt ein polymerisierter Festkörperelektrolyt auf Polyacrylatbasis ist.
Die Polymermatrix wird dabei vorzugsweise durch photoinduzierte radikalische Polymerisation gebildet. Verwendbar sind aber auch thermische oder ionische Initiatorsysteme.
Die Monomerlösung weist dabei zumindest ein Monoacrylat oder ein Monomethacrylat und zumindest ein Diacrylat oder ein Dimethacrylat auf, wobei vorzugsweise das zumindest eine Monoacrylat bzw. das Monomethacrylat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Alkylacrylaten, den Alkylmethacrylaten, den Hydroxyalkylacrylaten, den Hydroxyalkylmethacrylaten den Aminoalkylacrylaten, den Aminoalkylmethacrylaten und Mischungen davon und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butly(meth)acrylat, Hydroxymethyl(meth)acrylat, Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat, Hydroxybutyl(meth)acrylat, Aminomethyl(meth)acrylat, Aminoethyl(meth)acrylat, Aminopropyl(meth)acrylat, Aminobutyl(meth)acrylat und Mischungen davon.
Das zumindest eine Diacrylat bzw. das Dimethacrylat ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Alkylenglycol-diacrylaten, den Alkylenglycol-dimethacrylaten und Mischungen davon und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol-di(meth)acrylat, Propylenglycol-di(meth)acrylat, Butylenglycol-di(meth)acrylat und Mischungen davon.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Acrylat 2-Hydroxyethyl 2-methylprop-2-enoat und das Bisacrylat 2-(2-Methyl-acryloyloxy)ethyl-2-methyl-acrylat.
Das Anion der ionischen Flüssigkeit ist in einem Ausführungsbeispiel ein Halogenidion, vorzugsweise ein Chloridion.
Bei der neuen Referenzelektrode ist es dementsprechend bevorzugt, wenn die ersten Ladungsträger einen substituierten Imidazoliumrest aufweisen, der polymerisierte Festkörperelektrolyt vorzugsweise ein polymerisierter Festkörperelektrolyt auf Polyacrylatbasis ist, der weiter vorzugsweise hergestellt ist durch Polymerisieren einer Mischung, die zumindest ein Monoacrylat oder ein Monomethacrylat, zumindest ein Diacrylat oder ein Dimethacrylat und zumindest eine Verbindung umfasst, die zumindest eine Allylgruppe und einen quaternäre Stickstoff aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Metall Silber und das Metallsalz Silberchlorid.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die neue Referenzelektrode in eine mikromechanische Struktur integriert ist.
Bei dem neuen Verfahren ist es dann bevorzugt, wenn das zumindest eine Monomer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Alkylacrylaten, den Alkylmethacrylaten, den Hydroxyalkylacrylaten, den Hydroxyalkylmethacrylaten, den Aminoalkylacrylaten, den Aminoyalkylmethacrylaten und Mischungen davon und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butly(meth)acrylat, Hydroxymethyl(meth)acrylat, Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat, Hydroxybutyl(meth)acrylat, Aminomethyl(meth)acrylat, Aminoethyl(meth)acrylat, Aminopropyl(meth)acrylat, Aminobutyl(meth)acrylat und Mischungen davon, und der zumindest eine Quervernetzer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Alkylenglycol-diacrylaten, den Alkylenglycoldimethacrylaten und Mischungen davon und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol-di(meth)acrylat, Propylenglycol-di(meth)acrylat, Butylenglycol-di(meth)acrylat und Mischungen davon, wobei die zumindest eine polymerisierbare ionische Flüssigkeit einen allyl-substituierten Heterocyclyl- oder Heteroarylrest mit einem quaternären Stickstoff und insbesondere einen allyl-substituierter Imidazolium- oder Pyridinrest aufweist.
Schließlich ist es noch bevorzugt, wenn die Monomerlösung einen photoinduzierbaren Initiator enthält, der vorzugsweise 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenon ist.
Es sei noch erwähnt, dass die WO 2011/025847 A2 bereits polymerisierbare ionische Flüssigkeiten beschreibt mit einem polymerisierbaren organischen Kation, das einen Imidazolium-Rest umfasst, und einem anorganischen Anion, beispielsweise einem Halogenidion. Das Kation wird dabei kovalent in eine photoinduzierte Polymermatrix auf Polyacrylatbasis eingebunden.
Die Verwendung derartiger Festköperelektrolyten in einer Referenzelektrode wird jedoch nicht vorgeschlagen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Standardreferenzelektrode in Form einer potentiometrischen Halbzelle;
2 eine Monomerlösung zur Herstellung des neuen Festkörperelektrolyten (2A) und das quervernetzte Polymer nach UV-Bestrahlung (2B);
3 die Strukturformel des vernetzen Terpolymers aus 2B;
4 den Aufbau der neuen Referenzelektrode;
5 den Versuchsaufbau zur Testung der Stabilität der neuen Referenzelektrode in einer elektrochemischen Zelle mit einer kommerziellen, stabilen makroskopischen Standardreferenzelektrode; und
6 mit dem Versuchsaufbau aus 5 gemessene Langzeitpotentiale für eine neue Referenzelektrode, eine Referenzelektrode mit nicht kovalent gebundener ionischer Flüssigkeit, und einer kommerziellen Referenzelektrode.
1. Aufbau bekannter elektrochemischer Sensoren
Bekannte elektrochemische Sensoren bestehen aus einer für den Analyten selektiven und sensitiven Elektrode, der Arbeitselektrode, ggf. einer Gegenelektrode und einer Referenzelektrode. Letztere muss ein stabiles Elektrodenpotential besitzen, das als Referenz für potentiometrische, amperometrische und impedimetrische Messungen verwendet werden kann.
Herkömmliche makroskopische Referenzelektroden 10 zweiter Art, die standardmäßig eine Silber-Elektrode 11 aufweisen, die mit Silberchlorid 12 beschichtet ist, weisen eine feste Salzbrücke 15 zum Analyten, meist ein Keramikdiaphragma, und einen flüssigen Referenzelektrolyten 14 mit Chloridionen, in der Regel hochkonzentrierte Kaliumchloridlösung auf, in dessen Reservoir das Elektrodenelement 11, 12 eingetaucht ist; siehe 1.
Die Chloridionenkonzentration des Elektrolyten in der unmittelbaren Umgebung des Elektrodenelementes bestimmt dabei das Potential des Elektrodenelements. Makroskopische Referenzelektroden weisen einen gewissen Diffusionsgradienten von Chloridionen über die Salzbrücke auf. Daher wird die Lösung meist chlorid-gesättigt – bei KCl 3 M – da sich das Potential am Elektrodenelement ab einer bestimmten Chloridkonzentration nach der Nernstschen Gleichung nicht mehr merklich ändert. Zusätzlich wird das Reservoir der Stabelektrode großzügig ausgelegt um, die abwandernden Chloridionen mit einem großen Volumen zu kompensieren.
Die Überführung dieses Prinzips in eine miniaturisierte Bauform scheitert insbesondere daran, dass sich Keramiken, flüssige oder quellbare Materialien nur sehr schwer mikrotechnisch integrieren lassen. Außerdem nimmt das Oberflächen/Volumenverhältnis bei Miniaturisierung zu, wodurch sich der Verlust von Chlorionen und mithin die Veränderung des Elektrodenpotentials beschleunigen.
Bei einem hohen Konzentrationsgradient der Chloridionen in den Analyten entstehen zudem hohe Drücke an der Salzbrücke, denen Mikrosysteme nicht standhalten.
Bei kleinen Volumina des Referenzelektrolyten beeinflussen darüber hinaus schon geringe Diffusionsströme von Chloridionen das Elektrodenpotential.
2. Herstellung des Terpolymer-Festkörperelektrolyten
Bei der neuen Referenzelektrode wird der Referenzelektrolyt durch einen Terpolymer-Festkörperelektrolyt gebildet, der die Chloridkonzentration mittels kovalent gebundener und dadurch immobilisierter Gegenionen konstant hält.
Zur Herstellung liegen zunächst drei Monomere in einer organischen Lösung, bspw. Isopropanol, vor; siehe 2A. Die Monomerlösung besteht aus einem einfachen Acrylat (einfache Ketten), welches bei alleiniger Polymerisation lineare Ketten ergibt und die Grundstruktur des Polymers darstellt (hier: HEMA – 2-Hydroxyethyl 2-methylprop-2-enoat). Dazu kommt ein Bisacrylat (hier: EGDMA – 2-(2-Methylacryloyloxy)ethyl-2-methyl-acrylat), welches die Quervernetzung gewährleistet (doppelte, verlinkte Ketten). Als letztes Monomer wird eine ungesättigte Ionische Flüssigkeit (hier: AlMeImCl – 1-Allyl-3-methylimidazolium-chlorid) dazugegeben. Dieses besteht aus Chloridionen und einem großen, positiv geladenen organischen Kation. In einer Ausführung werden die Monomere durch eine kontrollierte freie radikalische Polymerisation mittels UV Initiator (hier: Irgacure2959 – 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenon) polymerisiert.
Die Monomere können in unterschiedlichen Verhältnissen in Lösung vorliegen. Das Verhältnis von Acrylat zu Bisacrylat bestimmt dabei die Festigkeit und das Quellverhalten des Terpolymers in wässrigen Medien. Über die eingesetzte Menge an Ionischer Flüsssigkeit kann die Chloridmolarität des Terpolymers eingestellt werden. Die Lösung polymerisiert nach Aktivierung mittels UV-Bestrahlung oder anderen bekannten Initiatorsystemen, wie z. B. thermischen Initiatoren (2B).

In einem Ausführungsbeispiel wurden die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Zusammensetzungen für die Monomerlösung verwendet:

Stoff	Funktion	Volumen	Dichte	Masse	Molare Masse	Stoffmenge	Konzentration	Ratio der Konzentration
HEMA	Backbone	2,0 mL	1,07 g·mL^–1	2,14 g	130,14 g·mol^–1	16,44 mmol	3,65 mol·L^–1	27,1%
EGDMA	Crosslinker	0,5 mL	1,051 g·mL^–1	0,5255 g	198,22 g·mol^–1	2,65 mmol	0,59 mol·L^–1	4,4%
Irgacure2959	Initiator	-	-	0,5 g	224,253 g·mol^–1	2,23 mmol	0,50 mol·L^–1	3,7%
Isopropanol	Lösemittel	2,0 mL	0,78 g·mL^–1	1,56 g	60,10 g·mol^–1	25,96 mmol	5,77 mol·L^–1	42,7%
AlMeImCl	Ionic Liquid	-	-	2,14 g	158,63 g·mol^–1	13,49 mmol	3,00 mol·L^–1	22,2%

3 zeigt die Struktur des nach der Polymerisation entstandenen Terpolymers und die Struktur der Reste R1 bis R7. Deutlich wird hier die Einbindung aller Monomere in die Kohlenstoffkette des Polymers und die Quervernetzung durch das Bisacrylat. Die Diffusion von Chloridionen aus dem Terpolymer wird durch das kovalente Einbinden des Kations verhindert. Die Chloridionen werden so durch die Gegenladung innerhalb des Terpolymers immobilisiert. Durch Diffusion des Chloridions entsteht eine freie positive Ladung im Polymer, welche das negative Chloridion wieder elektrisch anzieht und dieses somit in seiner Mobilität einschränkt. Die Wahl einer ungesättigten Ionischen Flüssigkeit ermöglicht das direkte kovalente Einbinden des Ladungsträgers in die Kohlenstoffkette, ohne zuvor die Ionische Flüssigkeit derivatisieren, oder eine zusätzliche funktionelle Nebengruppe in das Polymerrückgrat einbringen zu müssen.
3. Herstellung der neuen Referenzelektrode
Für die Herstellung einer miniaturisierten Referenzelektrode wird die Monomerlösung in einen laserstrukturierten Mikrokanal einer Laminierfolie mittels Dispensiertechnik eingebracht und durch UV-Bestrahlung vernetzt (Aushärtung). Es ist auch möglich, die Strukturierung mittels Photolithographie vorzunehmen. Ein siebgedrucktes Ag/AgCl Elektrodenelement ragt in denselben Mikrokanal und steht damit im direkten Kontakt mit dem vernetzten Terpolymer. Der Kontakt zum Medium wird über eine kleine kreisförmige Elektrodenöffnung oder mehrere Elektrodenöffnungen (im um Maßstab) am Ende des Mikrokanals realisiert.
In 4 ist schematisch der Herstellungsprozess für die neue Referenzelektrode gezeigt. Zunächst wird eine mikromechanische Trägerstruktur 20 bereitgestellt (4a), auf der dann eine Ag/AgCl-Elektrode 21 ausgebildet wird (4b).
Danach erfolgt die Ausbildung eines Kanals 22, der von der Elektrode 21 ausgeht (4c). In diesen Kanal 22 wird die Monomerlösung 23 aus dem obigen Beispiel gegeben (4d), die dann durch UV-Bestrahlung ausgehärtet wird (4e). Auf diese Weise wird ein Oberflächenbereich 24 der Elektrode 21 mit dem polymerisierten Festkörperelektrolyten bedeckt.
Danach wird die Anordnung aus 4e mit einer Deckschicht 25 bedeckt, in der eine Öffnung 26 vorgesehen ist, die einen Abschnitt der Oberfläche des Festkörperelektrolyten als Kontaktfläche zu einem Analyten freilässt (4f).
Die Öffnung 26 kann dabei als einzige Öffnung oder aber als Ansammlung mehrerer Öffnungen ausgebildet sein. Die Öffnungen können beliebige geometrische Formen annehmen, beispielsweise rund, quadratisch, rechteckig, sternförmig etc. sein. Die von der oder den Öffnungen in der Deckschicht 25 freigegebene Fläche hängt von der gewählten Anwendung ab. Sie liegt in der Regel im Bereich von mehreren um².
Durch die in situ Polymerisation der Monomerlösung 23 in dem Kanal 22 entsteht ein stabiler Formschluss zwischen der mikromechanischen Struktur 20 und dem Festkörperelektrolyten, wodurch ein Eintreten der Analytlösung in den Kanal 22 effektiv verhindert wird. Dieses unerwünschte Eintreten des Messanalyten ist bei bekannten miniaturisierten Elektroden häufig ein Problem, da es zu Mischpotentialen am Elektrodenelement und mithin zu unerwünschter Drift des Elektrodenpotentials führt.
4. Funktionstest
Die Funktion der Elektrode wird im Aufbau einer elektrochemischen Zelle getestet (5). Dabei wird die miniaturisierte Referenzelektrode 30 mit Ag/AgCl-Elektrode 31 und polymerisiertem Festkörperelektrolytem 32 in einen Elektrolyten 33 getaucht (hier: PBS(–)), in den auch eine kommerzielle makroskopische Standard-Referenzelektrode 34 mit Salzbrücke 35, Elektrolytreservoir 36 und Ag/AgCl-Elektrode 37 eingetaucht ist. Das Differenzpotential (OCP = Open circuit potential) zwischen den beiden Elektroden 31 und 37 wird über einen hochohmigen Operationsverstärker 38 gemessen. Das Potential der makroskopischen Elektrode ist bekannt und stabil über den gesamten Messzeitraum. Somit ist das Differenzpotential ein direktes Maß für die Stabilität der entwickelten Referenzelektrode mit Festkörperelektrolyt.
Die neue miniaturisierte Referenzelektrode 30 steht über den Festkörperelektrolyten 32 im direkten Kontakt mit dem Messelektrolyten 34. Speziell an dieser Grenzfläche können Primärionen (hier: Chlorid) mit dem Analyten ausgetauscht werden. Die Gegenladung von R6⁺ sorgt im Terpolymer immer für eine entsprechend gleichbleibende Chloridkonzentration.
6 zeigt in Kurve B den zeitlichen Verlauf des Potentials der miniaturisierten Referenzelektrode mit Festkörperelektrolyten über 12 h. Kurve A wurde für eine miniaturisierte Referenzelektrode mit eingemischter ionischer Flüssigkeit (Dodecylmethylimidazoliumchlorid in 3 molarer Konzentration in eine pHEMA Lösung eingemischt; hergestellt analog zu Maminska et al., a.a.O.) und Kurve C für eine kommerzielle Referenzelektrode gemessen.
Die Referenzelektrode für Kurve A entsprach in Bezug auf den Aufbau der erfindungsgemäßen Elektrode, insbesondere was die Laminiertechnik, die Kanaldimensionierung, und die Position der Elektrodenöffnungen betrifft. Der einzige Unterschied bestand in der Zusammensetzung des Innenelektrolyten, der bei der erfindungsgemäßen Elektrode durch den neuen Festkörperelektrolyten gebildet ist. Bei der Elektrode mit der eingemischten ionischen Flüssigkeit wurde der Innenelektrolyt nach Maminiska, et. al. gefertigt.
Es wurde nach einer etablierten Methode eine pHEMA Lösung hergestellt, indem ein kommerzielles Polymer in EtOH solvatisiert wurde. Diese Lösung wurde dann mit 3 M Dodecylmethylimidazoliumchlorid versehen. Es handelte sich also um ein „Einmischen” der ionischen Flüssigkeit. Diese Lösung wurde dann analog zu dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dispensiert. Anschließend wurde statt der UV Härtung eine Lösemittelevaporation unter einer LaminarFlow durchgeführt.
Die verbleibende Polymer/DdMeImCl-Mischung härtete dabei nicht aus und verblieb aufgrund der Weichmachereigenschaften der ionischen Flüssigkeit als zähflüssige, gelatineartige Masse.
Der ideal zu erwartende Wert der Potentialdifferenz über der Zeit sind nach der Nernst-Gleichung E = 0 V. Eine Abweichung um mehrere Millivolt von dieser Potentialdifferenz ist aber aufgrund von Abweichungen in der Elektrodenfertigung tolerierbar. Wichtig ist vielmehr die Aufrechterhaltung dieses Potentials. Der 6 ist zu entnehmen, dass die hier erfundene Referenzelektrode (Kurve B) die höchste Potentialstabilität und Reproduzierbarkeit aufweist. Die Elektrodeneinlaufzeit von einer Stunde entspricht der der kommerziellen Referenzelektrode (Kurve C).
Die Potentialstabilität ist auf die kovalente Bindung der Gegenladungsträger der Ionischen Flüssigkeit zurückzuführen. Dadurch entsteht eine reine Ionenwanderung von Chloridionen (reine Ionenleitfähigkeit) innerhalb des Festkörperelektrolyten. Dies äußert sich an der Elektrodenoberfläche in einer Redoxaktivität mit reiner ohmscher Ladungsübertragung.
Dies wurde mittels Cyclovoltammetrie und Impedanzmessung bestätigt.
Die aufgenommenen Cyclovoltammogramme zeigten ein reines ohmsches Verhalten. Impedanzmessungen bestätigten einen reinen ohmschen Widerstand im Festkörperelektrolyten bei Frequenzen < 100 Hz. Hier änderte sich die Impedanz über das Frequenzspektrum nicht.
Die direkte Gegenüberstellung der aus den Cyclovoltagrammen und den Impedanzspektren (bei f < 100 Hz) erhaltenen Ergebnisse bestätigte sowohl das rein ohmsche Verhalten der Elektrode und mithin die Abwesenheit einer Doppelschichtkapazität, als auch den Stromtransport allein durch Ionenleitung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Maminiska, et. al. [0095]

Claims

Festkörperelektrolyt, umfassend eine Polymermatrix, hergestellt durch Polymerisieren einer Monomerlösung, die zumindest ein Monomer, ggf. zumindest einen Quervernetzer, und zumindest eine direkt polymerisierbare ionische Flüssigkeit aufweist, die einen organischen Ladungsträger, vorzugsweise ein organisches Kation, und einen anorganischen Gegenladungsträger, vorzugsweise ein anorganisches Anion aufweist.
Festkörperelektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der organische Ladungsträger ein organisches Kation ist, das zumindest einen Allyl-Rest aufweist.
Festkörperelektrolyt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Kation zumindest einen quarternären Stickstoff aufweist.
Festkörperelektrolyt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Kation einen allyl-substituierten Heterocyclyl- oder Heteroarylrest mit einem quaternären Stickstoff, insbesondere einen allyl-substituierten Imidazoliumrest umfasst.
Festkörperelektrolyt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit 1-Allyl-3-methylimidazolium-chlorid ist.
Festkörperelektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperelektrolyt ein polymerisierter Festkörperelektrolyt auf Polyacrylatbasis ist.
Festkörperelektrolyt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix durch photoinduzierte radikalische Polymerisation gebildet ist.
Festkörperelektrolyt nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Monomerlösung zumindest ein Monoacrylat oder ein Monomethacrylat und zumindest ein Diacrylat oder ein Dimethacrylat aufweist.
Festkörperelektrolyt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Monoacrylat bzw. das Monomethacrylat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Alkylacrylaten, den Alkylmethacrylaten, den Hydroxyalkylacrylaten, den Hydroxyalkylmethacrylaten, den Aminoalkylacrylaten, den Aminoalkylmethacrylaten und Mischungen davon und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butly(meth)acrylat, Hydroxymethyl(meth)acrylat, Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat, Hydroxybutyl(meth)acrylat, Aminomethyl(meth)acrylat, Aminoethyl(meth)acrylat, Aminopropyl(meth)acrylat, Aminobutyl(meth)acrylat und Mischungen davon.
Festkörperelektrolyt nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Diacrylat bzw. das Dimethacrylat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Alkylenglycol-diacrylaten, den Alkylenglycol-dimethacrylaten und Mischungen davon und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol-di(meth)acrylat, Propylenglycol-di(meth)acrylat, Butylenglycol-di(meth)acrylat und Mischungen davon.
Festkörperelektrolyt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Acrylat 2-Hydroxyethyl 2-methylprop-2-enoat und das Bisacrylat 2-(2-Methylacryloyloxy)ethyl-2-methyl-acrylat ist.
Festkörperelektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Anion ein Halogenidion, vorzugsweise ein Chloridion ist.
Referenzelektrode mit einer Metall/Metallsalz Elektrode (21), deren Oberfläche zumindest in einem Oberflächenbereich (24) mit einem polymerisierten Festkörperelektrolyten (23) bedeckt ist, in dem erste Ladungsträger kovalent gebunden sind und in dem zu den ersten Ladungsträgern gegensinnig geladene Gegenladungsträger durch die ersten Ladungsträger immobilisiert sind, wobei die Gegenladungsträger dem Anion des Metallsalzes entsprechen, und wobei der Festkörperelektrolyt (23) an zumindest einem Abschnitt seiner Oberfläche als Kontaktfläche (26) zu einem Analyten ausgebildet ist.
Referenzelektrode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ladungsträger einen quaternären Stickstoff ausweisen, wobei der quaternäre Stickstoff vorzugsweise Teil eines ggf. substituierten Heterocyclyl- oder Heteroarylrests bildet.
Referenzelektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ladungsträger einen substituierten Imidazoliumrest aufweisen.
Referenzelektrode nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der polymerisierte Festkörperelektrolyt ein polymerisierter Festkörperelektrolyt auf Polyacrylatbasis ist.
Referenzelektrode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der polymerisierte Festkörperelektrolyt hergestellt ist durch Polymerisieren einer Mischung, die zumindest ein Monoacrylat oder ein Monomethacrylat, zumindest ein Diacrylat oder ein Dimethacrylat und zumindest eine Verbindung umfasst, die zumindest eine Allylgruppe und einen quaternäre Stickstoff aufweist.
Referenzelektrode nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Silber und das Metallsalz Silberchlorid ist.
Referenzelektrode nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine in eine mikromechanische Struktur integriert ist.
Referenzelektrode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperelektrolyt der Festkörperelektrolyt nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ist.
Verfahren zur Herstellung einer Referenzelektrode, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer vorzugsweise mikromechanischen Trägerstruktur, in der zumindest eine Metall/Metallsalz-Elektrode angeordnet ist, b) Bereitstellen einer Monomerlösung aus zumindest einem Monomer, vorzugsweise zumindest einem Quervernetzer, und zumindest einer direkt polymerisierbaren ionischen Flüssigkeit, die erste Ladungsträger und gegensinnig geladene Gegenladungsträger umfasst, c) Überschichten zumindest eines Oberflächenbereiches der Metall/Metallsalz-Elektrode mit der Monomerlösung, d) Aktivieren der Monomerlösung derart, dass sie unter kovalenter Einbindung der ersten Ladungsträger zu einem Festkörperelektrolyten mit einer Polymermatrix vernetzt, in der die Gegenladungsträger immobilisiert sind.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Monomer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Alkylacrylaten, den Alkylmethacrylaten, den Hydroxyalkylacrylaten, den Hydroxyalkylmethacrylaten den Aminoalkylacrylaten, den Aminoalkylmethacrylaten und Mischungen davon und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butly(meth)acrylat, Hydroxymethyl(meth)acrylat, Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylat, Hydroxybutyl(meth)acrylat, Aminomethyl(meth)acrylat, Aminoethyl(meth)acrylat, Aminopropyl(meth)acrylat, Aminobutyl(meth)acrylat und Mischungen davon.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Quervernetzer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus den Alkylenglycol-diacrylaten, den Alkylenglycol-dimethacrylaten und Mischungen davon und insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol-di(meth)acrylat, Propylenglycol-di(meth)acrylat, Butylenglycol-di(meth)acrylat und Mischungen davon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine polymerisierbare ionische Flüssigkeit einen allyl-substituierten Heterocyclyl- oder Heteroarylrest mit einem quaternären Stickstoff und insbesondere einen allyl-substituierter Imidazoliumrest aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Monomerlösung einen photoinduzierbaren Initiator enthält.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Initiator 2-Hydroxy-4'-(2-hydroxyethoxy)-2-methylpropiophenon ist.
Direkt polymerisierbare ionische Flüssigkeit mit einem organischen Ladungsträger und einem anorganischen Gegenladungsträger, wobei der organische Ladungsträger zumindest zwei reaktive Reste aufweist.
Verwendung der ionischen Flüssigkeit aus Anspruch 27 als Quervernetzer in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, oder in dem Festkörperelektrolyten nach einem der Ansprüche 1 bis 12, oder in der Referenzelektrode nach einem der Ansprüche 13 bis 20.