Spektrometer der kleinen Art

Ist genügend Wirkstoff in den Tabletten enthalten oder gar zu viel? Lassen sich aus den Rohstoffen genügend Medikamente produzieren oder gibt es zu viele Abfallprodukte? Arzneimittel und Chemikalien in großen Mengen herzustellen ist ein komplizierter Prozess, der ständig überwacht werden muss – beispielsweise über Spektrometer. Das funktioniert so: Bestrahlt man die Tabletten oder andere Festkörper mit Licht, messen diese Geräte, wie viel Licht welcher Wellenlänge von der Probe reflektiert wird. Bei Flüssigkeiten und Gasen analysieren sie, wie viel Licht die Probe durchlässt. Diese Messungen erlauben Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Proben, im Fall von Tabletten etwa die Menge des Wirkstoffs. Bisher sind Spektrometer groß und teuer, so dass sie in industriellen Prozessen nur an einigen Stellen der Produktionskette eingesetzt werden können.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM haben gemeinsam mit ihren Kollegen der TU Chemnitz und der COLOUR CONTROL Farbmesstechnik GmbH ein portables Infrarot-Spektrometer entwickelt, das COLOUR CONTROL vertreibt. »Es kostet etwa ein Viertel herkömmlicher Spektrometer«, sagt Dr. Thomas Otto, stellvertretender Abteilungsleiter am IZM in Chemnitz. Zudem ist es mit 10 x 6 x 8 Zentimetern kaum größer als eine Seifenschachtel – vergleichbare Geräte besitzen eher die Größe eines Reisekoffers. »Kernstück der Entwicklung ist ein beweglicher Mikrospiegel, der infrarote Strahlung präzise ablenkt«, sagt Otto. »Da sich der Spiegel kippen lässt, kann er das Licht in verschiedene Richtungen lenken und ersetzt so zwei recht große Hohlspiegel.« Eine Beschichtung des Spiegels mit Chrom und Gold sorgt dafür, dass mehr als 98 Prozent des Lichts reflektiert werden.

Die Anwendungsgebiete des kleinen Spektrometers sind vielfältig. So kann es etwa der Polizei helfen, bei Durchsuchungen Rauschgift zu klassifizieren und den Wirkstoffgehalt zu ermitteln. Bislang müssen solche Untersuchungen in Speziallaboren durchgeführt werden. »Auch bei der Produktion von Solarzellen leistet das Spektrometer in Kombination mit einem Ellipsometer, mit dem man Schichtdicken bestimmt, gute Dienste. Hersteller können überprüfen, ob die einzelnen Solarzellenschichten die richtige Dicke und gewünschten Eigenschaften aufweisen«, sagt Otto. Das Spektrometer ist so klein, dass es sich im Ellipsometer integrieren lässt, statt wie bisher fast den Platz eines Reisekoffers einzunehmen.