automatisierte chemische Bildgebung zur Spektralanalyse

LDIR Messpaket SOOP Mikroplastiklabor bestehend aus einem QCL-basierten System zur Infrarot-Mikrospektroskopie sowie entsprechendem Zubehör für die Detektion und Identifizierung von Mikroplastik Partikeln in Umweltproben sowie die chemische Bildgebung von Oberflächen.

Mikroplastik, definiert als synthetische Polymerpartikel und- fasern im Größenbereich von 1 µm bis 5 mm, kann als ubiquitärer anthropogener Schadstoff angesehen werden. Für umweltanalytische Fragestellungen ist es notwendig, ein valides und einheitliches Monitoring mittels standardisierter Verfahren von der Probennahme über die Probenprozessierung bis hin zur Detektion zu gewährleisten. Nach der Matrixabtrennung und Probenaufbereitung ist die Identifizierung und Quantifizierung von Mikroplastikpartikeln erforderlich. Diese impliziert die Unterscheidung der partikulären und Faser-förmigen synthetischen Polymere von nicht abtrennbaren natürlichen Substanzen, ihre Identifizierung, ihre Größencharakterisierung sowie die Bestimmung ihrer individuellen Anzahl. Als das Forschungsfeld noch in den Kinderschuhen steckte, wurde dies mittels visueller Unterscheidung realisiert (Hellfeldmikroskopie), was allerdings erwiesenermaßen zu Fehlerquoten von 20% bis zu 70% führte und überdies keine Identifikation des jeweiligen Polymertyps ermöglicht. Analysetechniken aus der Molekülspektroskopie, die auf der Anregung spezifischer Energiezustände in Molekülen (Schwingungszustände) mittels infraroter Strahlung (Fourier-transformierte Infrarot-Spektroskopie, FTIR) oder inelastischer Streuung monochromatischen Laserlichts basieren (Ramanspektroskopie), haben sich diesbezüglich etabliert. Die jeweils abgeleiteten Mikroskopie-Techniken ermöglichen eine chemische Bildgebung (ortsaufgelöste Analytik) und somit die Genese von Informationen über die Anzahl an Mikroplastikpartikel in einer definierten Probe sowie deren Größe. Aufgrund ihrer besseren Verträglichkeit mit Fluoreszenz in der jeweiligen Probe und der Verfügbarkeit von Detektoren mit einem Gittermuster (focal plane array, FPA), was die Aufnahme mehrerer Tausend Spektren mit nur einer Messung ermöglicht (deutlich geringerer Zeitaufwand als bei Raman ceteris paribus), ist die FTIR-Mikroskopie derzeit als prädominante Routinemethode zur Erlangung von Partikelinformationen gesetzt. Eine neue Entwicklung für die IR basierte Mikroplastik-Analytik basiert auf der Quantenkaskadenlaser-Technologie (QCL) in Verbindung mit schnell-scannender Optik. Die entsprechenden Systeme ermöglichen im Vergleich zu den klassischen FTIR-Systemen eine sehr schnelle Analytik (bis Faktor 200 je nach Analyten und Gerät) und sind meistens mit einer Software verknüpft, welche die automatische Lokalisierung und Polymeridentifizierung von Mikroplastikpartikeln ermöglicht. Bezogen auf die technologischen Anforderungen, muss das zu beschaffende Gerätepaket bestimmte Grundvoraussetzungen erfüllen, um dem derzeitigen Stand der Technik gerecht zu werden und somit die Beantwortung aktueller Forschungsfragen im Bereich Mikroplastik gewährleisten zu können. Diese Anforderungen beziehen sich sowohl auf die Messtechnik selbst als auch die im Anschluss stattfindende Datenevaluierung, da ein hoher Automatisierungsgrad für den zeiteffizienten Abgleich der enormen Anzahl von auflaufenden Spektren (aufgrund der Bildgebung) mit den jeweiligen Datenbanken erforderlich ist. Um relevante methodische und statistische, sowie die bearbeiteten Umweltfragestellungen beantworten zu können, ist eine zeiteffiziente, einfache und vom Anwender unabhängige automatisierte Datenauswertung unabdingbar, um die benötigten umfangreichen Probensätze zeitnah bearbeiten zu können. Entsprechende IR-Systeme finden aktuell eine breite Anwendung in der medizinischen, pharmazeutischen, forensischen, chemischen, Polymer- und Werkstoffforschung. Das zu beschaffende Gerätepaket umfasst das Geräte inclusive einer definierten Grundausstattung an benötigtem Zubehör sowie für die Mikroplastikanalyse bestimmte Softwarelösungen, die eine entsprechende effiziente Bearbeitung und Datenauswertung umfangreicher Probensätze ermöglicht: Position QCL (Quantenkaskadenlaser) basiertes IR Imaging System