Bildschirm als Analysengerät

Detektion von Aminen, CO und NOx per Computerbildschirm und Web-Kamera

23.05.2006

Umwelt- oder Lebensmittelüberwachung per Handy? Diagnostik mit einem normalen PC? Was sich zunächst weit hergeholt anhört, ist gar nicht so abwegig. Computer und Mobiltelefone bilden heute bereits ein regelrechtes globales Netzwerk. Bilder und akustische Signale können sie in immer besser werdender Qualität einfangen und übertragen. Könnte man solche Geräte nicht auch einsetzen, um chemische und biochemische Parameter zu registrieren? Ein schwedisch-italienisches Forscherteam um Ingemar Lundström hat jetzt gezeigt, wie man mit einem gewöhnlichen Computerbildschirm, einer Web-Cam und einem einfachen Teststreifen umweltrelevante Gasmoleküle wie Amine, Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) nachweisen kann.

Eine Analytik mit einfachen allgegenwärtigen Geräten wäre immer dann interessant, wenn konventionelle analytische Gerätschaften z.B. zu teuer werden oder die nötige Expertise für ihre Bedienung fehlt. Man denke auch an die Möglichkeit einer raschen medizinischen Diagnostik in abgelegenen Gebieten. Da der Standort des Bedieners via Satellit geortet werden kann, könnten Daten über eine Umweltkontamination rasch und einfach in einen geographischen Kontext gestellt werden.

Computerbildschirme sind in der Lage, definierte Flächen bestimmter Form, Farbe und Lichtintensität anzuzeigen, die sich mit guter Auflösung zweidimensional erfassen lassen. Ein Monitor ist daher gar keine schlechte Lichtquelle für ein analytisches System. Die nötige Rechenkapazität ist zudem bereits vorhanden - in Form des angeschlossenen PCs. Als Sensoren für die nachzuweisenden Gasmoleküle wählten die Wissenschaftler Porphyrin-Farbstoffe - Vertreter dieser Substanzklasse kennt man als roten Blutfarbstoff und Blattgrün. Je nachdem, wie die Moleküle genau aufgebaut und ob bestimmte Metallatome assoziiert sind, haben Porphyrine unterschiedliche Farben. Viele reagieren mit einer charakteristischen Farbänderung, wenn sich bestimmte Gasmoleküle anlagern.

Die Forscher mischen kleine Mengen dreier verschiedener Porphyrin-Farbstoffe mit einen Kunststoff, geben Tropfen dieser Mischungen auf eine Glasplatte und befestigen diese auf einem Bildschirm. Dann lassen sie den Monitor einen Regenbogen von 50 Farben durchlaufen. Jede Monitor-Farbe entsteht durch unterschiedliche Intensitäten der drei Farbkanäle rot, grün und blau. Eine Web-Cam zeichnet währenddessen die Absorptions- und die Fluoreszenz-Intensitäten der drei Tupfer in allen drei Kanälen auf. Sind Amine, CO oder NO x in der Testatmosphäre vorhanden, verändern sich die aufgezeichneten Spektren in so charakteristischer Weise, dass man regelrechte "Fingerabdrücke" erhält. Die Umweltgase können dadurch nachgewiesen und identifiziert werden.

Originalveröffentlichung: I. Lundström et al.; "Chemical Sensing with Familiar Devices"; Angewandte Chemie 2006, 118, No. 23, 3884-3887.

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