Messen mit nur einem Detektor

Prototyp des Mikrospektrometers

Mit ihrem spektralen "Fingerabdruck" lassen sich Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase identifizieren und analysieren. Das Herzstück der meisten Spektrometer ist ein Beugungsgitter, das ein gleichmäßig aufgefächertes Spektrum liefert. Die meisten dieser Spektrometer lenken das erzeugte Spektrum direkt auf eine Reihe lichtempfindlicher Elemente, die für jede Farbe die Intensität des Signals messen. Daraus lässt sich auf die chemische Zusammensetzung des zu analysierenden Stoffes schließen. Für den sichtbaren Bereich des Lichts gibt es bereits preisgünstige Silizium-Dioden. Für Messungen im nahinfraroten oder infraroten Spektrum benötigt man bisher jedoch teure Arrays aus mehreren hundert Gallium-Arsenid-Detektoren.

Eine neue Lösung haben Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden zusammen mit einem Industriepartner entwickelt. Ihr Mikrospektrometer kommt mit einem einzigen Detektorelement aus. Kernstück der Anlage ist ein schwingender Spiegel, in den ein hochgenaues, reflektierendes Beugungsgitter geätzt wurde. Aus der Position des Spiegels, der sich ständig hin und her bewegt, können die Forscher die zugehörige Wellenlänge errechnen. Auf diese Weise lässt sich das gesamte Spektrum mit nur einem Detektor abrastern.

Der Prototyp des neuen Spektrometers ist 165 x 110 x 80 Millimeter klein, wiegt ein Kilo und enthält einen Prozessor, der die Detektordaten direkt im Gerät verarbeitet. Je nach eingesetzter Diode reicht der Detektionsbereich von ultravioletten 200 Nanometer bis in den Nah-Infrarot-Bereich bei 2 500 Nanometer. Messungen sind bereits beim Licht einer 20 Watt-Halogen-Lampe möglich, wobei das schnellste Schwinggitter pro Millisekunde ein 500 Nanometer-Spektrum abtastet. Die optische Auflösung liegt bei 5 bis 10 Nanometern und ist damit höher als die vieler konventioneller Spektrometer.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft