Wissenschaftler der TU Wien nutzen hierzu ein Verfahren mit Gold-Gitter sowie Laserstrahlen
Ein neues Verfahren von Forschern der Technischen Universität Wien (TU Wien) erkennt binnen Sekunden, ob Wasser mit Kunststoff-Nano- und Mikropartikeln verseucht ist. „Wir verwenden ein physikalisches Prinzip, das auch bisher schon oft in der chemischen Analytik verwendet wurde, nämlich die Raman-Streuung», so TU-Wien-Forscherin Sarah Skoff. Dabei werden Moleküle mit einem Laserstrahl beleuchtet. Das versetzt sie in Vibrationen. Ein Teil der Energie des Laserlichts wird somit in Vibrationsenergie umgewandelt, der Rest der Energie wird wieder in Form von Licht abgestrahlt.
Hochrelevante Vibrationen
Wird die Energie dieses Lichts mit dem ursprünglich eingestrahlten Laserlicht verglichen, lässt sich daraus folgern, mit welcher Energie das Molekül vibriert. Weil unterschiedliche Moleküle auf unterschiedliche Weise vibrieren, lässt sich auf diese Weise herausfinden, worum es sich bei der Verschmutzung handelt. „Gewöhnliche Raman-Spektroskopie wäre für den Nachweis von kleinstem Nanoplastik allerdings nicht geeignet. Das wäre viel zu wenig empfindlich und würde viel zu lange dauern», sagt Skoff.
Das Team der TU Wien hat sich daher auf die Suche nach komplizierteren physikalischen Effekten gemacht, mit denen sich diese Technik deutlich verbessern lässt. Die Wissenschaftler haben die Probe auf einem extrem feinen Gitter aus Gold platziert. Die Drähte, aus denen es hergestellt wurde, sind nur 40 Nanometer dick und 60 Nanometer voneinander entfernt. „Das Metallgitter wirkt wie eine Antenne. Es verstärkt das Laserlicht an bestimmten Stellen, sodass es dort zu einer viel intensiveren Wechselwirkung mit den gesuchten Molekülen kommt. Zudem gibt es noch eine Wechselwirkung zwischen dem Molekül und den Elektronen im Metallgitter, die dafür sorgt, dass das Lichtsignal der Moleküle zusätzlich verstärkt wird.»
Gezielte Suche nach Signalen
Das Licht, das dann von den Molekülen ausgesandt wird, muss bei gewöhnlicher Raman-Spektroskopie in all seine Wellenlängen zerlegt werden, um daraus ablesen zu können, um welches Molekül es sich handelt. Das Team der TU Wien hat aber gezeigt, dass es auch einfacher geht: „Wir wissen, was die charakteristischen Wellenlängen der Nanoplastik-Partikeln sind und suchen daher ganz gezielt nach Signalen bei genau diesen Wellenlängen», unterstreicht Skoff und ergänzt: „Wir konnten zeigen, dass sich die Messgeschwindigkeit dadurch um mehrere Größenordnungen verbessern lässt. Bisher musste man zehn Sekunden messen, bei uns dauert es bloß einige Millisekunden.» Mikro- und Nanopartikel gelangen in den Körper von Wasserbewohnern. Wenn diese zu den Nahrungsmitteln gehören, sind auch Menschen betroffen. Welche Folgen das für Mensch und Tier hat, ist noch nicht restlos geklärt, doch erfreulich sind sie nicht.
Quelle: Wien pte017 www.tuwien.at
