PFAS: Mobiles Messgerät in den Startlöchern
Ein mobiles Handmessgerät zur Detektion von PFAS haben das Mikrotribologie Centrum µTC und das Thüringer Startup Kompass gemeinsam entwickelt.
Das Messgerät soll alle bisherigen Geräte zur Detektion von PFAS-Verbindungen in Handlichkeit, Flexibilität und Genauigkeit weit übertreffen. Es steht kurz vor der Markteinführung und wird allen Sektoren dienen, die von einem PFAS-Verbot betroffen sein werden.
Entwickelt wurde es im Rahmen eines Auftrags des Weltskiverbands (FIS) zur Detektion von PFAS-Verbindungen in Skiwachsen in enger Kooperation zwischen dem in Ilmenau ansässigen Start-up Kompass und dem Mikrogribologie Centrum µTC. Letzteres ist ein Zusammenschluss zwischen dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Kompass hat Komponenten und Sensorik entwickelt und hergestellt, das Mikrotribologie Centrum µTC brachte seine Erfahrungen in den Bereichen der Tribosystembewertung und -optimierung wie auch der Werkstoffanalytik ein.
Bisherige PFAS-Detektionsmethoden nicht mobil einsetzbar
„Bisherige PFAS-Detektionsmethoden, die beispielsweise auf der Infrarotspektroskopie (FTIR) beruhen, sind meist nicht mobil einsetzbar. Das bedeutet, dass PFAS-haltige Proben für die Analyse in Messlaboren nur sehr aufwendig vor Ort untersucht werden können“, erklärt Professor Matthias Scherge, Leiter des Mikrotribologie Centrums µTC und Leiter des Geschäftsfelds Tribologie am Fraunhofer IWM.
Ein weiteres Problem zeige sich zudem in der Beschaffenheit der Proben: Die unterschiedlichen Molekülschwingungen, die die in den Proben angeregt werden, können überlagert sein, sodass die Auswertung in den FTIR-Analysen nach Energie und Signalstärke nicht ausreichend ist. Die exakte Auswertung erfordert daher die Implementierung eines Modells, das verschiedene charakteristische Peaks im Spektrum in Beziehung setzt.
Messkopf deckt breite Palette von Energiebereichen ab
Der neue PFAS-Tester im handlichen Handscannerformat wird diesen Herausforderungen gerecht. „Das Gerät nutzt einen Messkopf, der Proben durch Infrarot- und Ultraviolettlicht anregt und Signale aufzeichnet, die eine breite Palette von Energiebereichen abdecken“, erläutert Scherge. Dabei werden Rauheitseffekte minimiert, indem der Messkopf reflektierend und diffus in verschiedenen Richtungen zur Oberfläche misst. Zusätzliche Sensoren kompensieren Effekte durch die Probenfarbe.
Die Vielfalt der Sensoren erfordert maschinelle Datenverarbeitung mit Tools, die auf Künstlicher Intelligenz beruhen und auf das maschinelle Lernen zurückgreifen. Die integrierte KI-Lösung ist Hardware-technisch codiert und ermöglicht durch Cloud-Anbindung den Einsatz weiterer Algorithmen für eine umfassende Datenbank. Durch geeignete Anpassung des Geräts mit Informationen aus Infrarot- und Röntgenspektren sind nahezu alle PFAS-Verbindungen quantifizierbar.
Im November 2023 wurde das PFAS-Messgerät mit dem Lothar-Späth-Award Ausgezeichnet, der Innovationen aus der Zusammenarbeit von Wirtschaft und Wissenschaft würdigt. sk
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