Feine Spürnase

Physik Journal - Pikogrammmengen an Sprengstoffen lassen sich innerhalb von Millisekunden nachweisen.

Nicht zuletzt durch die wachsende Terrorismusgefahr ist das Interesse an Detektoren für Sprengstoffe groß. Der Nachweis gasförmiger Stoffspuren in Echtzeit ist allerdings nicht einfach, wenn die Verfahren sehr empfindlich und gleichzeitig selektiv sein sollen. Heutige Geräte sind entweder sperrig und teuer, wie z. B. Ionen-Mobilitäts-Spektrometer, oder nicht sehr empfindlich. Raman- und laserinduzierte Analysespektroskopie eignen sich wiederum eher für Feststoffe als für Gase.

Wissenschaftler des Oak Ridge National Laboratory und der University of Tennessee haben gemeinsam mit Kollegen der Technischen Universität im dänischen Lyngby ein Verfahren für gasförmige Spuren entwickelt, das kostengünstig, schnell, empfindlich und selektiv ist. Derzeit arbeiten sie an einem mikroelektromechanischen Prototyp.

Der Sensor besitzt winzige Brücken, die aus einem Siliziumwafer gefertigt werden. Da durch jede Brücke ein elektrischer Strom fließt, lässt sie sich definiert erwärmen. Strömt Luft mit Spuren von Sprengstoffen über die Brücken hinweg, können Moleküle an ihnen hängen bleiben und die Brücken leicht auslenken bzw. ihre Masse verändern. Allerdings lässt sich daraus nur schließen, dass sich ein Molekül niedergeschlagen hat, aber noch nicht welches. Hierfür nutzen die Forscher aus, dass die Brücken eine geringe Wärmekapazität besitzen. Sie konnten nämlich die thermischen Charakteristika der adsorbierten Analyten ermitteln, indem sie die Brücken kontrolliert erwärmten und die thermische Antwort eines bestimmten Stoffes mit der theoretisch zu erwartenden verglichen. Die getesteten Sprengstoffe ließen sich mit dem Verfahren innerhalb von 50 Millisekunden bis hinab zu einer Grenze von 600 Pikogramm identifizieren.

Michael Vogel
Quelle: Physik Journal, Mai 2009, S. 17


Weitere Infos:

• Originalveröffenlichung:
  L. R. Senesac et al.: Micro-differential thermal analysis detection of adsorbed explosive molecules using microfabricated bridges. Rev. of Scientific Instr. 80, 035102 (2009)
  http://dx.doi.org/10.1063/1.3090881

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