Aufrufe
vor 3 Monaten

Verfahrenstechnik 6/2021

  • Text
  • Sensoren
  • Hohen
  • Zudem
  • Anwendungen
  • Einsatz
  • Anforderungen
  • Anlagen
  • Unternehmen
  • Achema
  • Verfahrenstechnik
Verfahrenstechnik 6/2021

VERFAHRENSTECHNIK IM

VERFAHRENSTECHNIK IM ALLTAG I SERIE Schnuppernde Sensoren Elektronische Nase unterscheidet Minzdüfte Eine interdisziplinäre Forschungsgruppe entwickelt und erprobt künstliche Geruchserfassung durch Sensoren auf Basis neuer Materialkombinationen. In der Natur locken pflanzliche Duftstoffe beispielsweise Insekten an. Aber auch in der Industrie werden sie genutzt, etwa beim Herstellen von Parfums und Aromen. Um speziell die Duftstoffe der Minze zuverlässig, schnell und objektiv zu unterscheiden, haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in einer interdisziplinären Zusammenarbeit eine elektronische Nase mit einem künstlichen Geruchssinn entwickelt: Mit hoher Präzision kann sie Autorin: Aileen Seebauer, Volontärin, Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe unterschiedliche Minzarten erkennen – damit eignet sie sich für Anwendungen von der pharmazeutischen Qualitätskontrolle bis hin zur Beobachtung von Minzöl als umweltfreundlichem Bioherbizid. Bei der Entwicklung der elektronischen Nase orientiert sich das gesamte Forschungsteam so weit wie möglich am biologischen Vorbild: Die Geruchszellen, die beim Menschen Informationen über elektrische Impulse ans Gehirn geben, ersetzen sie durch insgesamt zwölf spezielle Sensoren (Quartz Crystal Microbalance-, kurz QCM-Sensoren). Diese bestehen aus zwei Elektroden mit einem Quarzkristall. Solche Bauteile sind beispielsweise auch in Mobiltelefonen verbaut, da sie kostengünstig eine hohe Genauigkeit der Mobilfunkfrequenzen garantieren. „Die Duftstoffe der Minze lagern sich auf der Oberfläche der Sensoren ab. Dadurch ändert sich deren Resonanzfrequenz, und wir erhalten eine Reaktion auf den jeweiligen Duft“, erläutert Professor Christof Wöll vom IFG. Duftstoffe bestehen aus organischen Molekülen in unterschiedlicher Zusammensetzung. Damit die neuen Sensoren diese aufnehmen können, haben die Forschenden vom IFG zwölf spezielle Sensormaterialien, unter anderem die am IFG entwickelten metallorganischen Gerüststrukturen (MOFs), verwendet. „Diese Materialien sind hochporös und für Sensor-Anwendungen gut geeignet, weil sie wie ein Schwamm viele Moleküle aufnehmen können“, so Wöll. Maschinelles Lernen Die elektronische Nase haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit sechs verschiedenen Minzarten getestet – darunter klassische Pfefferminze, Pferdeminze und Katzenminze. „Mit unterschiedlichen Methoden des maschinellen Lernens trainieren wir die Sensoren so, dass sie aus den gesammelten Daten den Fingerabdruck des jeweiligen Dufts erstellen und so die Düfte voneinander unterscheiden können“, erläutert Wöll. Nach jeder Duftstoff-Probe werde die Nase etwa eine halbe Stunde lang mit Kohlendioxid (CO 2 ) durchgespült, damit die Sensoren regenerieren. Die Ergebnisse des interdisziplinären Forschungsteams haben gezeigt, dass die elektronische Nase mit QCM-Sensoren Minzdüfte mit hoher Spezifität einer Art zuordnen kann. Zusätzlich sei sie eine benutzerfreundliche, zuverlässige und kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Methoden wie Massenspektrometrie, sagt der Wissenschaftler. Fotos: Amadeus Bramsiepe, KIT; vonLieres/stock.adobe.com www.kit.edu 42 VERFAHRENSTECHNIK 06/2021 www.verfahrenstechnik.de

VORSCHAU IM NÄCHSTEN HEFT: 7-8/2021 ERSCHEINUNGSTERMIN: 16. 08. 2021 • ANZEIGENSCHLUSS: 30. 07. 2021 01 02 03 04 01 Die Sprühtrocknung gehört zu den wichtigsten industriellen Trocknungstechniken – durch eine neue Prozessführung wird die Effizienz deutlich verbessert (Foto: igradesign/stock.adobe.com) 02 Spezialfahrzeug vereinfacht Inspektion von Flüssiggasbehältern (Foto: Tüv Süd) 03 Um die Funktionalität und Produktionskapazität von Maschinen und Anlagen zu gewährleisten, setzen viele Unternehmen auf Retrofit- Maßnahmen (Foto: Staveb) 04 Beim Recycling von Aluminium und Aluminiumschrotten kommt es auf die Wahl der passenden Zerkleinerungslösung an (Foto: BHS) Der direkte Weg (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) Internet: www.verfahrenstechnik.de E-Paper: digital.verfahrenstechnik.de Redaktion: redaktion@verfahrenstechnik.de www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 06/2021 43

Ausgabe