ETH Zürich: Neues Verfahren entdeckt Stoffe auf beliebigen Oberflächen

11.09.2007: ETH-Forscher haben ein neues Messverfahren entwickelt, mit dem auch Oberflächen von Lebewesen schnell und unkompliziert untersucht werden können. Die Methode eröffnet nicht nur bei der Kontrolle von Lebensmitteln interessante neue Möglichkeiten.

Die neue Analysemethode ist eine Weiterentwicklung des Verfahrens, bei dem es den gleichen Forschern erst kürzlich gelang, verschiedene Stoffe in der Atemluft auf einfache Weise nachzuweisen. Nun können sie auch Substanzen auf beliebigen Oberflächen mit hoher Präzision aufspüren. Beide Verfahren basieren auf einem sogenannten Quadrupol-Time-of-Flight-Massenspektrometer (QTOF-Massenspektrometer). Üblicherweise werden Proben für die QTOF-Massenspektrometrie als Lösung zugeführt. Diese wird mit Hilfe eines zugeführten Gases vernebelt, und aus den winzigen Tröpfchen entstehen charakteristische Ionen, die das QTOF-Gerät misst.

Die Zürcher Forscher haben das Prinzip nun quasi auf den Kopf gestellt: Untersucht werden nicht mehr die Substanzen in der Lösung, sondern die Stoffe, welche sich im Gas befinden. Bei der nun entwickelten Methode wird aus einer kleinen Düse Stickstoff auf eine beliebige Probenoberfläche geblasen. Wenn das Gas auf die Oberfläche trifft, nimmt es dort halbflüchtige Stoffe auf. Der so "angereicherte" Gasstrom wird anschliessend in das Massenspektrometer geführt, wo die aufgenommenen Stoffe mit hoher Präzision analysiert werden können.

"Rein technisch gesehen ist das neu entwickelte Verfahren nichts Aufregendes", hält Renato Zenobi, Professor für Analytische Chemie am Laboratorium für Organische Chemie der ETH Zürich, fest. Dies demonstrierte Zenobis Postdoktorand Huanwen Chen, als er die von ihm entwickelte Methode bei einer Firma vorstellte. Innerhalb einer Stunde hatte Chen das dortige Massenspektrometer so umgerüstet, dass damit die Oberfläche von beliebigen Objekten analysiert werden kann.

Bemerkenswert sind die vielfältigen Möglichkeiten des Verfahrens. "Aussergewöhnlich an unserem Ansatz ist, dass auch Oberflächen von Lebewesen untersucht werden können. Die Messung einer einzelnen Probe dauert nur wenige Sekunden; man kann also routinemässig grosse Zahlen von Stichproben analysieren", so Zenobi. Im Falle der Fleischproben konnten die Wissenschaftler sogar zeigen, dass das Probematerial nicht einmal aufgetaut werden muss.

In eine ganz andere Richtung gehen Untersuchungen, die erforschen, welche Substanzen sich auf der Haut finden lassen. So konnten Spuren von Nikotin, Kaffee und auch von Sprengstoff auf der Haut von Probanden nachgewiesen werden. "Die Stärke des Verfahrens ist, dass es schnell und nicht-invasiv ist und dass es keine spezielle Probenpräparation benötigt", hält Zenobi fest. Angesichts der zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten erstaunt es nicht, dass sich nicht nur Lebensmitteltechniker und Sicherheitsexperten, sondern auch Mediziner und Dopingfahnder für das neue Verfahren interessieren.