Interkalationsverbindungen als Referenzelektroden für reproduzierbare und robuste ionenselektive Festkontaktelektroden

Ionenselektive Elektroden (ISE) werden jedes Jahr millionenfach zur routinemäßigen klinischen Analyse von Blutelektrolyten eingesetzt. Die Entwicklung von preiswerten, Chip‐integrierten Sensoren erfordert bisher jedoch einen Kompromiss zwischen Größe, Robustheit und Reproduzierbarkeit der Elektroden, da die Grenzflächenpotentiale zwischen ionenselektiver Membran und innerer Referenzelektrode bei der Miniaturisierung häufig in Mitleidenschaft gezogen werden. In dieser Arbeit zeigen wir, wie sich kationenselektive Interkalationsverbindungen wie halbgeladenes Lithiumeisenphosphat als innere Referenzelektrode quasi‐erster Art für ISEs verwenden lassen. Das symmetrische Ansprechverhalten der Membran und der Referenzelektrode gegenüber Kationen resultiert dabei sowohl in einer hohen Robustheit gegenüber Konzentrationsschwankungen der Innenfüllung (≈5 mV pro Konzentrationsdekade) als auch in einer robusten miniaturisierbaren Festkontakt‐ISE ohne Innenfüllung. Beide Arten von ISE weisen ein definiertes und stabiles Potential auf, welches sich aus dem Gleichgewichtspotential des LiFePO4/FePO4‐Redoxpaares (97.0±1.5 mV nach 42 Tagen) ableitet und mit −1.1±1.4 μV h−1 keine statistisch signifikante Drift bei einer durchschnittlichen Standardabweichung jeder Elektrode von weniger als ±0.7 mV nach 50 Tagen aufweist. Drift Challenge: Ionenselektive Festkontaktelektroden leiden häufig an signifikanten Potentialdrifts infolge undefinierter Grenzflächenpotentiale. Durch die Verwendung von Interkalationsverbindungen wie Lithiumeisenphosphat können diese genau und reproduzierbar definiert werden.