Fingeraftryksspektroskopi inden for et millisekund

For at garantere lægemidler af høj kvalitet, producenter behøver ikke kun at kontrollere renheden og koncentrationen af ​​deres egne produkter, men også deres leverandørers. Forskere ved Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF har udviklet et målesystem, der kan identificere en lang række kemiske og farmaceutiske stoffer eksternt og i realtid. Det er perfekt til brug i lægemidlet, kemiske og fødevareindustrien.

Især til farmaceutiske og fødevareproduktioner er en kontinuerlig kontrol med ingredienserne uundværlig. Som regel, dette ville blive udført ved en prøveudtagning og en laboratorieanalyse via kromatografi eller spektrometre. Imidlertid, en sådan proces er tidskrævende og giver kun mulighed for stikkontrol. Hos Fraunhofer IAF, forskere har udviklet et målesystem, der er i stand til en kvalitetskontrol i realtid. Det identificerer selv de mindste mængder stoffer baseret på deres molekylære sammensætning.

Realtidsmålinger med kvantekaskadelasere

Systemets kerne er en ekstremt hurtig afstembar kvantekaskadelaser (QCL), der fungerer i det mellem-infrarøde område. Baseret på tilbagespredende spektroskopi, lasersystemet giver ikke kun mulighed for at identificere de mindste mængder kemiske stoffer i realtid, men også til løbende at kontrollere kemiske reaktionsprocesser. "Vores målesystem muliggør fjernidentifikation af en lang række kemiske og farmaceutiske stoffer. Tidskrævende måleprocedurer i laboratorier kan erstattes af realtidsmålinger under igangværende produktionsprocesser, "forklarer Dr. Marko Härtelt, forsker ved Fraunhofer IAF.

Sammen med sine kolleger, han har arbejdet med udviklingen af ​​QCL'er til infrarød spektroskopi i flere år nu. Ved hjælp af forskere fra Fraunhofer IPMS, han har udviklet en kompakt og robust laserkilde, hvormed hele bølgelængdeområdet for QCL -emitteren kan scannes inden for et millisekund. Grundlaget for denne "fingeraftryksmetode" er mellem-infrarødt område (4-12 μm). "Mange kemiske forbindelser har en unik absorptionsadfærd i dette bølgelængdeområde, som er lige så unik som et menneskeligt fingeraftryk, "kommenterer Härtelt. Bølgelængdeområdet muliggør en klar identifikation af molekylære forbindelsers art og sammensætning.

Ekstremt variabel scanningshastighed

Quantum cascade lasere udviklet af Fraunhofer IAF er kendetegnet ved deres ekstremt variable scanningshastighed, deres kompakte størrelse såvel som at de er bredt indstillelige. Forskerne har udviklet en QCL, der kan indstilles til at arbejde ved høje scanningsfrekvenser eller i en kvasi-statisk tilstand over et bredt bølgelængdeområde. Dette opnås gennem kombinationen af ​​kvantekaskadelasere i en ekstern resonator med forskellige MOEMS -baserede gitterscannere, der fungerer som bølgeselektive elementer. "De hurtigste spektralindstillelige resonante MOEMS -scannere tillader scanning af tusind komplette IR -intervaller pr. Sekund. Den høje scanningshastighed er afgørende for applikationer, hvor forholdene ændrer sig hurtigt, såsom overvågning af kemiske reaktionsprocesser eller bevægelige genstande, «siger Härtelt.

QCL -baserede målesystemer er velegnede til kvalitetskontrol i en række forskellige industrisektorer, takket være deres evne til at identificere forskellige kemiske stoffer eksternt og i realtid. Anvendes i lægemidlet, kemisk og fødevareindustri målesystemerne giver oplysninger om stoffers ægthed og renhed til enhver tid under produktionsprocessen. Desuden, kvantekaskadelaserne kan bruges i medicinsk diagnostik eller i sikkerhedssektoren til at teste farlige stoffer. Derudover det kompakte design giver mulighed for udvikling af mobil, og endda håndholdt, målesystemer.