Hochempfindliche Sensoren: Ein Billionstel Gramm Schadstoff genügt

Ingenieure lassen Gas-Analysegeräte besser schnuppern

10.04.2017 - Deutschland

Mit den Methoden der Saarbrücker Messtechniker erschnüffeln transportable Gas-Chromatographen auch winzigste Spuren: Schon ein Billionstel Gramm eines Schadstoffes in einem Gas-Gemisch genügt den Sensorsystemen, die Professor Andreas Schütze mit seinem Team an der Universität des Saarlandes entwickelt. Die Forscher sind darauf spezialisiert, die künstlichen Sinnesorgane immer feinfühliger, genauer und empfindlicher schnuppern zu lassen. Jetzt verbessern die Ingenieure die Detektoren für Gas-Chromatographen mit ihrer Technik. Vor allem mobile Geräte können hiervon profitieren.

Oliver Dietze

Tobias Baur (l.) und Tilman Sauerwald (r.), Wissenschaftler in der Forschergruppe von Andreas Schütze, lassen mit ihren Gas-Detektoren Analysegeräte auch winzigste Spuren von Schadstoffen aufspüren.

Wieviel Schadstoffe stecken in Lebensmitteln? Welche Substanzen sind im Medikament? Enthält Möbelholz zu viel Formaldehyd? Solche Fragen beantworten Wissenschaftler mit Hilfe so genannter Gas-Chromatographen: Für Medizin, Lebensmittelchemie, Biologie, Umweltanalytik wie Forensik ermittelt dieses Analyseverfahren, was und wieviel davon in Stoffgemischen steckt. Hierzu verdampfen die Prüfer eine Probe und pusten das Gas anschließend durch ein dünnes Röhrchen, die so genannte „Säule“. Das Gemisch trennt sich in einzelne chemische Verbindungen auf. Je nachdem, was und wieviel zu welcher Zeit beim Detektor am anderen Ende der Säule ankommt, können die Tester ablesen, um was genau es sich dabei handelt.

Die Messtechniker aus dem Team von Professor Andreas Schütze an der Saar-Uni arbeiten daran, diesen Detektor am Ende der Säule zu verbessern. „Unser Verfahren macht es möglich, kurze Gas-Pulse hochgenau zu detektieren und kleinste Gas-Mengen selektiv auf die in ihnen enthaltenen Stoffe zu analysieren“, erklärt Tilman Sauerwald, Habilitand am Lehrstuhl für Messtechnik. Dies könnte etwa auch zum Einsatz kommen, um Lungenkrebs anhand ausgeatmeter Luft zu diagnostizieren. Vor allem transportable Gas-Chromatographen haben die Forscher für ihre Gas-Sensoren im Blick. Diese stoßen bislang bei kleinen Gas-Mengen und geringen Spuren von Inhaltsstoffen an Grenzen.

Schützes Arbeitsgruppe entwickelt in zahlreichen Forschungsprojekten ihre neuartigen Gas-Sensorsysteme für verschiedene Anwendungen weiter. Ihre Verfahren machen etwa in Raumluft einzelne Schadstoffmoleküle unter einer Milliarde Luftmolekülen ausfindig. Für die Gas-Chromatographen bringen sie Halbleiter-Gas-Sensoren ins Spiel, die auf nanostrukturierten Metalloxiden basieren. „Unsere Sensoren reagieren hochempfindlich. Wir entwickeln sie so weiter, dass wir immer niedrigere Konzentrationen selektiv messen können. Derzeit können wir bereits 100 Femtogramm detektieren, das ist weniger als ein Billionstel Gramm“, erläutert Sauerwald, der die Arbeiten der Gruppe auf diesem Gebiet koordiniert.

Der Halbleiter-Detektor der Saarbrücker Messtechniker deckt zudem eine sehr große Bandbreite an Stoffen ab, er kann also viele Arten von Stoffen aufspüren, von Kohlenmonoxid bis hin zu krebserregenden organischen Verbindungen, und zugleich ihre jeweilige Konzentration bestimmen.

Ihr Verfahren zeigen die Ingenieure vom 24. bis 28. April auf der Hannover Messe am saarländischen Forschungsstand. Die Forscher suchen insbesondere Kontakt zu Herstellern von Gas-Chromatographen.

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