Die Messtechnik wurde an der TU Wien entwickelt und verfeinert – in Zusammenarbeit mit dem Spin-off Invisible-Light Labs, das Professor Silvan Schmid gemeinsam mit Dr. Josiane P. Lafleur, Dr. Niklas Luhmann und Dr. Hajrudin Bešić gegründet hat. Das daraus entstandene Produkt, ein auf einem nanoelektromechanisches System basierende FT-Infrarotspektroskopie-Analysator namens "EMILIE^TM", ist im Handel erhältlich, und die ersten wissenschaftlichen Veröffentlichungen sind erschienen. In Fachartikeln konnte das Team zeigen, wie gut die neue Methode funktioniert: Die Technik wurde z. B. auf Aerosole in der Luft angewandt und auf Nanopartikel in Wasser – so konnte man etwa winzigste Rückstände eines Nylon-Teebeutels im Tee messen.

Zentral: eine Nanomembran

"Wir haben in den letzten Jahren aber eine Detektions-Methode entwickelt, die winzige Stoffmengen zuverlässig messbar macht", sagt Silvan Schmid. Man untersucht Partikel, die sich auf einer winzigen Membran anlagern. Die Membran mitsamt den Partikeln wird von einem Infrarotlichtstrahl beleuchtet. Bestimmte Wellenlängen werden von den Partikeln besonders gut absorbiert, wodurch sich auch die Membran erwärmt und ihr Schwingungsverhalten ein wenig ändert. Mit einem Spektrometer lassen sich über solche Unterschiede sehr geringe Partikelmengen chemisch identifizieren.

Möglichkeiten für die Umweltanalytik

Um Feinstaub-Partikel in der Luft nachzuweisen, verwendet man üblicherweise spezielle Filter, die oft tage- oder wochenlang von Luft durchströmt werden mussten, bis sich dort eine nachweisbare Partikelmenge ansammelt. Mit Hilfe der Membran der an der TU Wien entwickelten Methode genügt eine im Vergleich viel geringere Anzahl von Partikeln für eine Messung aus, wobei das Ergebnis nach 15 bis 45 Minuten vorliegt. Damit sind z. B. Feldstudien zur chemischen Zusammensetzung atmosphärischer Aerosole – von urbanen Ballungsräumen bis in die Polarregionen – mit verkürzter Probenahme machbar. Professorin Julia Schmale vom Extreme Environments Research Laboratory (EERL) der EPFL in der Schweiz konnte mit der neuen Methode Aerosole aus arktischen und antarktischen Regionen untersuchen, um den Einfluss der Aerosole auf das Klima zu verstehen. Die neuartigen Komponenten sind transportabel, so dass man sie in Polarregionen an Fesselballons steigen lassen konnte, um die vertikale Verteilung von Luftpartikeln und deren chemische Zusammensetzung zu untersuchen.

Publikationen:

M Surdu et al., Quantifying submicrometer atmospheric aerosol chemical composition using nanoelectromechanical Fourier transform infrared spectroscopy, Science Advances (2016). DOI:10.1126/sciadv.aeb2254

Jelena Timarac-Popović, Johannes Hiesberger, Eldira Šesto, Niklas Luhmann, Ariane Giesriegl, Hajrudin Bešić, Josiane P. Lafleur, and Silvan Schmid: Picogram-Level Nanoplastic Analysis with Nanoelectromechanical System Fourier Transform Infrared Spectroscopy: NEMS-FTIR; ACS Nano 2026, 20, 14, 11193–11208; https://doi.org/10.1021/acsnano.5c22099

Quellen: Technische Universität Wien, Invisible-Light Lab