29.03.2012 - Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Auf Nummer sicher: Berührungslos chemische Substanzen analysieren

Handelt es sich um Drogen, Medikamente oder Sprengstoff? Auf der Messe analytica stellen Fraunhofer-Forscher zusammen mit der Firma Hübner ein Terahertz-Spektrometer vor, das chemische Substanzen berührungslos und zuverlässig identifiziert.

Dezember 2011: Sicherheitskräfte fangen eine Briefbombe ab, die an den Chef der Deutschen Bank, Josef Ackermann, adressiert ist. Fast zeitgleich explodiert in einem Büro Rom eine Briefbombe. Dabei wird der Leiter der Steuereinzugsbehörde Equitalia an der Hand verletzt. Bisher prüfen Polizeibeamte oder Sicherheitskräfte verdächtige Sendungen aufwändig per Hand - ein fehleranfälliges Vorgehen. Seit Ende 2011 ist der Scanner T-Cognition 1.0 der Kasseler Firma Hübner auf dem Markt. Das Gerät, das zusammen mit Fraunhofer-Forschern entwickelt wurde, erkennt Substanzen wie Drogen oder Sprengstoffe in Briefen oder flache Päckchen berührungslos, ohne dass diese geöffnet werden müssen.

»Man legt die verdächtigen Postsendungen in eine Art Schublade, das Gerät erkennt mithilfe von Terahertz-Wellen, ob es sich um Sprengstoff handelt. Das Briefgeheimnis bleibt dabei gewahrt, die Post kann sicher zugestellt werden«, erläutert Dr. Joachim Jonuscheit, der am Standort Kaiserslautern des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM als stellvertretender Abteilungsleiter für die Terahertz-Analyse zuständig ist. Die Attentate in Rom und Frankfurt haben in der Sicherheitsbranche das Interesse an dem Analysegerät geweckt.

»Die meisten Dielektrika wie etwa Kunststoffe, Kleidung oder Papier sind für Mikrowellen transparent und können auch von Terahertz-Wellen mit vergleichsweise geringer Abschwächung durchdrungen werden. Für die zerstörungsfreie Materialprüfung ist der Terahertz-Bereich äußerst interessant«, sagt der Experte. Denn im elektromagnetischen Spektrum liegen Terahertz-Wellen an der Schnittstelle zwischen Mikrowellen und Infrarot. Das Frequenzintervall liegt zwischen 100 GHz und 10 THz; das entspricht einer Wellenlänge zwischen 3 mm und 30 µm. Terahertz-Wellen vereinigen die Vorteile der angrenzenden spektralen Bereiche: Hohe Eindringtiefe und geringe Streuung bei gleichzeitig guter räumlicher Auflösung sowie der Möglichkeit unbekannte Substanzen spektral zu identifizieren.

Ähnlich wie der Infrarotbereich liefern Terahertz-Wellen spektrale Signaturen von Stoffen. Das Messgerät beinhaltet eine Datenbank, die spektrale »Fingerabdrücke« von Gefahrstoffen enthält und jederzeit um zusätzliche Stoffe erweitert werden kann. Das Gerät vergleicht den Spektralabdruck der zu analysierenden Substanz mit den Werten aus der Datenbank und liefert ein eindeutiges Ergebnis. Der Scanner arbeitet mit Transmissions- und Reflexionsanalyse. Bei der Sicherheitskontrolle durchdringt die gesendete Terahertz-Welle Briefumschläge aus Papier oder Kunststoff verlustarm und detektiert eventuell vorhandene chemische Substanzen. Ist etwa Metall – als Gehäuse für einen Sprengkörper - in einem Paket, wird die Welle reflektiert und vom Empfänger gemessen. Verdächtige Päckchen können so schnell entdeckt werden.

Jetzt wollen die Forscher auch in der Pharma- und Chemieindustrie Fuß fassen. »Bisher müssen Pharmahersteller extra Proben präparieren, wenn sie wissen wollen, ob das Mischungsverhältnis für ein Medikament stimmt, ob die Chemikalie in der richtigen kristallinen Struktur vorliegt oder ob die Qualität in Ordnung ist«, sagt Jonuscheit. »Je nach Substanz und Material detektiert unser Gerät eindeutig alle Chemikalien. Auch das Mischungsverhältnis von mehreren Stoffen kann grundsätzlich ermittelt werden. Hinzu kommt, dass die Terahertz-Analyse Aussagen über die kristalline Struktur der Substanzen erlaubt. Man kann feststellen, ob etwa eine Umkristallisierung stattgefunden hat, die unter Umständen unerwünscht ist. So können sich Chemie- und Pharmahersteller künftig aufwändige Voranalysen und Probenpräparationen sparen«, erklärt der Experte.

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