Miniaturisierung in der Analytik – Kleinster Prozess-Gaschromatograph der Welt

Siemens treibt die Miniaturisierung in der Analytik weiter voran. Das Unternehmen stellt jetzt einen Gaschromatographen für industrielle Prozesse vor, der nur noch die Größe eines Fußballs hat. Bisher sind diese Geräte in großen Schränken untergebracht. Das Gerät MicroSAM ist explosions-geschützt und so robust, dass es direkt an der Probenentnahmestelle montiert werden kann. Es wird erstmals auf der weltgrößten Chemiefachmesse Achema vom 19. bis 24. Mai in Frankfurt gezeigt.

Bei der Überwachung einer chemischen Reaktion, der Qualität eines Produkts oder der Kontrolle von Erdgas spielt die Gaschromatographie eine bedeutende Rolle. In diesen Geräten strömt ein aufgeheiztes Gasgemisch mit einem Trägergas durch ein Trennsystem beschichteter Röhrchen. An der Beschichtung haften die einzelnen Komponenten des Gasgemisches unterschiedlich gut. Dadurch verweilen sie unterschiedlich lang in den Röhrchen, bis sie am Ende nacheinander von einem Detektor erfasst werden. Der Rechner des Chromatographen bestimmt dann die Konzentration der Komponenten.

Schlüsselbauteile des Geräts sind die Detektoren, die Dosierung für die Gase und das Trennsystem. Sie sind nur so groß wie ein Fingernagel und bestehen aus Silizium mit haardünnen Kanälen. Absolut neu ist, dass die Technik ohne bewegliche Ventile auskommt. Nur über die computergesteuerte Änderung von Drücken werden die Gase in die Trennschleife eingeschleust. Damit können kleinste Mengen Probe in extrem kurzer Zeit dosiert werden, was eine besonders hohe Trennschärfe ergibt. Die Dauer der Messung hängt unter anderem von der Länge der Röhren ab; klassische Chromatographen liefern Ergebnisse nach etwa zehn Minuten, in denen keine andere Probe bestimmt werden und der Prozess theoretisch aus dem Ruder laufen kann. Mit dem MicroSAM (Single Analyzer Module) dauert ein Chromatogramm nur noch etwa zwei Minuten. Die Messkammern der Detektoren sind ein weiteres Highlight der Mikrotechnik: Sie sind einen Millimeter lang und enthalten jeweils einen 0,3 Mikrometer dicken Golddraht – etwa 200 Mal dünner als ein Haar. Der Draht ist etwa 100 Grad heißer als das ihn umströmende Trägergas. Wenn eine Komponente des Messgases am Detektor vorbeifließt, ändert sich spezifisch die Temperatur am Draht und damit auch der Widerstand. Die Elektronik des MicroSAM wandelt das in ein Signal um und liefert einen Konzentrationswert.

Die Neuentwicklung von Forschern in Karlsruhe und Berlin bietet wegen der ausgefeilten Mikrotechnik bei einem günstigen Preis eine besonders hohe Leistung. Im Gegensatz zu seinem großen Bruder Maxum Edition II ist MicroSAM nur für die Analyse gasförmiger Proben gedacht. Klassische Chromatographen wie Maxum sind dagegen sehr modular aufgebaut, um damit alle Anforderungen der Chemie und Petrochemie abzudecken. MicroSAM ist für die großen Chromatographen eine ideale Ergänzung.