Chemische Substanzen im Abwasser erkennen

Autonome Minidetektoren sollen Schadstoffe aufspüren

© Fraunhofer IIS/Udo Rink
Hauptbestandteil des Systems ist ein miniaturisierter chemischer Sensor.

Aufgrund der stetig steigenden Produktion sowie des Konsums synthetischer Drogen ist die Detektion illegaler Drogenlabore von essenzieller Bedeutung. Im Projekt »MICROMOLE« entwickeln wir gemeinsam mit zehn europäischen Partnern ein autonomes Kontrollsystem, das mit höchster Empfindlichkeit und Selektivität geringste Mengen bestimmter chemischer Substanzen in Abwässern erkennt. Dadurch ist es beispielsweise möglich, anhand der Spuren von Schadstoffen die Produktion synthetischer Drogen in der näheren Umgebung nachzuweisen. Ein solches Kontrollsystem kann auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt werden, etwa bei der Bewertung der Gewässergütebeurteilung.

Damit eine Detektion von Schadstoffen ohne menschlichen Eingriff in Abwässern möglich wird, ist es Ziel, das gesamte System auf die Größe einer Handfläche zu reduzieren. So ist das System für den mobilen Einsatz geeignet und kann autonom und kostengünstig beispielsweise für Vor-Ort-Analysen zum Nachweis von Verunreinigungen im Abwasser verwendet werden. Hauptbestandteil des Kontrollsystems ist ein chemischer Sensor; aufgrund der eingesetzten Mikrofluidik-Technologie ist er sehr kompakt und durch die Nutzung einer speziellen Elektrodenanordnung robust gegenüber Änderungen der Wassereigenschaften. Durch seine extrem hohe Empfindlichkeit können chemische Substanzen auch in sehr niedriger Konzentration im Mikromol-Bereich nachgewiesen werden.

Hierfür hat das Fraunhofer IIS eine optimierte integrierte Auswerteelektronik entwickelt, mit der die höchste Sensorgenauigkeit erreicht werden kann. Für maximale Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit benötigt der Sensor eine präzise Arbeitspunkteinstellung. Um die Konzentration des zu detektierenden Stoffes durch digitale Signalverarbeitung ermitteln zu können, muss das Ausgangssignal des Sensors zunächst verstärkt, gefiltert und digitalisiert werden. Voraussetzung für ein autonom arbeitendes Sensorsystem ist, neben der hohen Messgenauigkeit, ein äußerst geringer Energieverbrauch. Dafür haben wir ein optimiertes Batteriemodul entwickelt, das nahezu wartungsfrei ausreichend Mengen an Energie liefert.