Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVVEntwicklung eines mobilen Gaschromatographie-Sensorsystems
Gepanschtes Olivenöl, falsch gekennzeichnete Bio-Lebensmittel oder Verpackungen aus verunreinigten Rezyklaten: Lebensmittelkriminalität und Ressourcenknappheit sind wirtschaftlich und gesellschaftlich längst Themen mit enormer Bedeutung. Denn für Händler und Verbraucher sind solche Fälschungen und minderwertige Produkte nur schwer bis gar nicht erkennbar – sie können aber weitreichende gesundheitliche und finanzielle Folgen mit sich bringen.
Um Lebensmittelfälschungen und mindere Produktqualitäten zu erkennen, ist eine qualitative und quantitative Analyse von flüchtigen organischen Verbindungen, den sogenannten Volatile Organic Compounds (VOCs) vorteilhaft. Diese sind bisher laborgestützt und somit kosten- und zeitintensiv, zudem bedarf es Fachpersonal zur Bedienung und Datenauswertung.
Das Forschungsprojekt PUMMEL setzt sich daher zum Ziel eine sensitive, selektive und an den Applikationsfall angepasste Vor-Ort-Analytik zum Nachweis von VOCs zu entwickeln. Das Projekt wird in Zusammenarbeit der drei Fraunhofer-Institute IPMS, IVV und IME realisiert.
Entwicklung eines mobilen GC-Systems anhand von zwei Leitanwendungen
In der Qualitätskontrolle spielt die Analyse von flüchtigen organischen Verbindungen eine herausragende Rolle. Viele VOCs sind charakteristisch und einmalig für zugrundeliegende chemische und biologische Prozesse, andere können mit Veränderungen der Produkteigenschaften bei z.B. Lebensmittelbetrug in Verbindung gebracht werden. Diese schnell, ortsunabhängig und preiswert zu identifizieren, stellt das Ziel des Forschungsprojekts PUMMEL dar. Im Mittelpunkt des Vorhabens steht deshalb die Entwicklung eines mobilen, leicht-bedienbaren und robusten Gaschromatographie-Sensorsystems.
Die Entwicklung erfolgt in drei Schritten: Zunächst soll eine chipbasierte, miniaturisierte GC-Komponente, die unter anderem eine temperierbare Mehrkanal GC-Säule mit applikationsspezifischer Füllung beinhaltet, entwickelt werden. Daran schließt sich im zweiten Schritt die Systementwicklung mit flexibler Probenvorbehandlung an. Begleitend sollen schnelle Auswertestrategien und die Validierung des Demonstrators sowie das Benchmarking etabliert werden. Die Bedienungsfreundlichkeit steht dabei im Vordergrund, um eine Vor-Ort-Bewertung auch durch Analytik-Laien zu ermöglichen.
Das neue System zur mobilen Gasanalytik wird anhand von zwei industrierelevanten Leitanwendungen demonstriert: So soll das PUMMEL-System schließlich in der Lage sein, Lebensmittelfälschungen wie z.B. bei Olivenöl, Fisch und Bio-Lebensmittel sowie Verunreinigungen in Kunststoffrezyklaten zuverlässig und vor Ort zu erkennen.
Gemeinsame interdisziplinäre Entwicklung
Für die erfolgreiche, interdisziplinäre Entwicklung des mobilen Gaschromatographie-Sensorsystems vereinen die Fraunhofer-Institute IPMS, IVV und IME ihre Kernkompetenzen aus den Bereichen Chemische Sensorik, GC-Messmethoden und Sensorentwicklung.
Unsere Forschenden am Fraunhofer IVV bringen dabei insbesondere ihre Kenntnisse aus der Sensor- und Geräteentwicklung sowie der Messdurchführung und -auswertung ein. Das Gesamtsystem wird schließlich so konzipiert sein, dass die GC-Komponente des Fraunhofer IPMS integriert wird und die vom Fraunhofer IME zu erfassenden, anwendungsspezifischen Daten die Grundlage einer einfachen Chromatogrammauswertung bilden.
Erschließung des neuen Geschäftsfeldes für mobile Gas-Analytik
Der Bedarf an mobiler VOC-Analytik wird in den nächsten Jahren stark steigen, da neue gesetzliche Vorschriften wie etwa Lieferkettengesetze oder Umweltauflagen nur mit mobiler Vor-Ort-Messtechnik realisierbar sind. Dieses neue Geschäftsfeld zu erschließen, wird durch die erfolgreiche Umsetzung des Projektes PUMMEL ermöglicht. Mit der angestrebten Technologie kann der Markt zukünftig anwendungsspezifisch mit mobiler VOC-Analytik bedient werden. Dabei ist eine langfristige gemeinsame Transfer- und Vermarktungsstrategie angestrebt.