Elektronik ersetzt teure optische Filter


Kleinste Mengen umweltschädlicher Stoffe spürt eine optische Messmethode auf: die Fluoreszenz-Spektroskopie. Fraunhofer-Forscher haben ein elektronisches Verfahren entwickelt, das die teuren Filter der Analysegeräte überflüssig macht.

In der Disco leuchten Zähne, geschminkte Gesichter und Textilien im Schein von Schwarzlichtlampen geheimnisvoll auf. Unsichtbare ultraviolette Strahlen werden von den Gegenständen aufgenommen und im sichtbaren Spektralbereich wieder abgegeben – ein Phänomen, das Wissenschaftler als Fluoreszenz bezeichnen. Die Zusammensetzung der abgegebenen Strahlung hängt von der Natur des Stoffes ab und so hat sich ein breites Feld von Messtechniken entwickelt, um diese zu identifizieren. Schadstoffe in Abwässern lassen sich ebenso aufspüren wie die Produktion von fluoreszierenden Farbstoffen überwachen. Gentechniker nutzen solche Farbstoffe, um Abschnitte des Erbguts zu markieren und zu identifizieren.

Das eingestrahlte Licht muss von der abgegebenen Fluoreszenzstrahlung getrennt werden. Dazu werden bisher in Messgeräten optische Filter eingesetzt. Je exakter diese Trennung geschieht, desto geringere Mengen eines Stoffes lassen sich in einem Gemisch nachweisen. Noch genauer als Filter trennen spektrale Gitter, doch auch sie bestimmen maßgeblich die Leistungsfähigkeit der Geräte.

Ohne Filter und Gitter kommt ein Verfahren aus, das Forscher am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen IMS in München entwickelt haben. Das Prinzip: Wird der einstrahlende Laser oder die Leuchtdiode abgeschaltet, so erlischt die Fluoreszenzstrahlung nicht sofort, sondern klingt in wenigen milliardstel Sekunden ab. Diese Abnahme ist – wie die Wellenlängenverteilung selbst – charakteristisch für den Stoff. Mit einer elektronischen Analyse des zeitlich veränderlichen Lichts wird der Anteil der Fluoreszenzstrahlung ermittelt.

Ingenieur Peter Langer erläutert die Vorteile des Verfahrens für die Messtechnik: »Fluoreszenz-Messgeräte sind teuer und groß. Außerhalb des Labors werden sehr viele Stoffe bisher mit recht ungenauen Einmal-Teststäbchen chemisch nachgewiesen und in ihrer Konzentration gemessen. Wir denken an eine neue Generation tragbarer und einfach aufgebauter Geräte, die zudem deutlich genauer arbeiten.«

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Peter Langer
Telefon: 0 89/5 47 59-2 41
Telefax: 0 89/5 47 59-1 00
E-Mail: langer@imsm.fhg.de

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Dr. Johannes Ehrlenspiel idw

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