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Neues Photoniklabor: Fraunhofer UMSICHT nimmt Licht unter die Lupe

28.09.2015

Welchen Einfluss hat künstliches Licht auf den Geschmack von Salat, Gemüse und Co.? Wie wird verhindert, dass UV-Licht an ein verpacktes Lebensmittel gelangt? Aber auch: Wie entstehen feinste Strukturen in einem Mikrosiebfilter? Fraunhofer UMSICH verfügt über ein neues Photoniklabor, das Antworten auf diese und viele weitere Fragen aus der Welt der optischen Systeme und Sensoren liefert.

Mit einem Ultrakurzpulslaser werden bei Fraunhofer UMSICHT u. a. metallische Mikrosiebe hergestellt, die, ausgestattet mit chemisch reaktiven Oberflächen, feinste Partikel aus Luft und Wasser filtern. Der Laser bildete mit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2012 den Grundstock für eine Reihe weiterer optischer Geräte, die zum neuen Photoniklabor des Oberhausener Forschungsinstituts gehören.


Kultivierung von Pflanzen in Pflanzenwachstumskammer.

Fraunhofer UMSICHT


Vermessung der Intensität von Wellenlängen: Ulbrichtkugel.

Fraunhofer UMSICHT

Messungen von UV bis IR

Das gut 30 m2 große, Ende 2014 fertiggestellte Labor verfügt über eine spektrale Analytik, die Messungen von Ultraviolett (UV) über den für das menschliche Auge sichtbaren Bereich (VIS) bis zu Infrarot (IR) ermöglicht. Dazu stehen Photogoniometer, Ulbrichtkugeln sowie unterschiedliche Messköpfe zur Verfügung.

Das Photogoniometer misst die Abstrahlcharakteristik von Lichtquellen unter verschiedenen Winkeln von -160 bis +160 Grad. Da der Empfänger während der Messung in zehnfacher Entfernung des Leuchtkörper-Durchmessers stationiert sein muss, ist er auf einer mehrere Meter langen Schiene montiert. Messbar sind sowohl kleine LEDs wie auch Leuchtkörper bis 70 cm Durchmesser bzw. Länge.

Mit Hilfe zweier Ulbrichtkugeln (1 m und 25 cm Durchmesser) werden Spektralanalysen durchgeführt. Sie geben Aufschluss über die wellenlängenabhängige Intensität von Leuchtkörpern. Das Versuchsobjekt wird in eine von innen komplett weiße, mit Bariumsulfat beschichtete und dadurch jegliches Licht reflektierende Kugel eingebracht. So kann das gesamte abgestrahlte Lichtspektrum messtechnisch erfasst werden.

Ebenfalls zum Gerätepark gehören Messköpfe für Reflexions- und Transmissionsmessungen. »Aktuell vermessen wir das Transmissionsverhalten von Lebensmittelverpackungen«, erklärt der für das Photoniklabor Verantwortliche Dennis Schlehuber, Abteilung Prozessintensivierung bei Fraunhofer UMSICHT. Erklärtes Ziel sei es, das Verpackungsmaterial zu finden, welches am wenigsten UV-Licht an ein Lebensmittel »durchlässt«.

Licht verändert den Geschmack

Eines der Schwerpunktthemen ist inFARMING®. Das bei Fraunhofer UMSICHT entwickelte Konzept zeigt, dass der Anbau in speziellen Gewächshäusern auf dem Dach oder an Fassaden, die in Ballungszentren integriert sind, eine ressourcenschonende und flächeneffiziente Möglichkeit des Gartenbaus bieten kann.

In speziellen Grow Rooms und Pflanzenwachstumskammern – beide ähneln sich im Aufbau, jedoch sind letztere voll klimatisierbar – wird der Einfluss von Licht auf das Wachstum von Pflanzen untersucht. Durch verschiedene Lichtszenarien gilt es herauszufinden, unter welchen Bedingungen sie welche Inhaltsstoffe stärker oder weniger stark ausbilden.

Aus den bisherigen Testsaaten Basilikum, Feldsalat, Mangold und Spinat kann Schlehuber bereits ein Fazit ziehen: »Veränderungen der Beleuchtung lassen sich im Geschmack des Produkts wiederfinden. Bei Mangold etwa reicht das Spektrum von sehr bitter bis hin zum Verlust der Bitterstoffe.«

Die Geschmackssinne sind ein eher subjektives Messinstrument, weshalb die genaue Zusammensetzung des jeweiligen Versuchsobjekts mit einem tragbaren Photometer ermittelt wird. Ein Versuch dauert ca. drei bis vier Wochen, da zunächst nur Jungpflanzen betrachtet werden.

Es ist bekannt, dass Lichtquellen ihr Spektrum bei längerem Gebrauch ändern. Um dies zu dokumentieren und eine gleichbleibende Versuchsumgebung zu garantieren, werden die verwendeten Spezial-LEDs in bestimmten Abständen in der spektralen Analytik vermessen.

Photokatalytische Aktivierung

In der UV-Kammer untersucht Fraunhofer UMSICHT Materialien hinsichtlich ihrer UV-Stabilität oder -Resistenz, auch kann Entkeimung von z. B. Wasser vorgenommen und Photokatalyse angeregt werden. Zurzeit ist die UV-Kammer im Rahmen des Projekts CleanWaterKit in Aktion: Hier werden Adsorbenzien mit UV-Licht bestrahlt. Etwa solche, denen Titandioxid, auch als Weißpigment bekannt, zugesetzt ist.

Nach der photokatalytischen Aktivierung ist von Interesse, ob Spurenstoffe durch das Titandioxid in Kombination mit dem Adsorbens abgebaut werden können. Auch zum Einfluss von UV-Licht auf Mikroplastik sind Versuche geplant, die Aufschluss über das Abbauverhalten von Kunststoffen in Salzwasser unter UV-Bestrahlung geben sollen.

Weitere Informationen:

http://www.infarming.de inFARMING®
http://www.initiative-mikroplastik.de Initiative Mikroplastik
http://www.umsicht.fraunhofer.de/de/presse-medien/2015/photoniklabor.html Pressemitteilung

Iris Kumpmann | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

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