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26.09.2022

07.07.2022

Trainierte E-Nase erschnüffelt gesundheitsschädliche Stoffe

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Unsichtbar, aber möglicherweise schädlich sind flüchtige organische Verbindungen (VOC), wie sie beispielsweise bei der Verarbeitung von Farben und Baustoffen freigesetzt werden. Zu den VOC gehört Xylol, das in drei Isomeren vorkommt.

Da diese sich in ihren Auswirkungen auf Mensch und Umwelt unterscheiden, ist es wichtig, sie getrennt zu überwachen. Forschende am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben mit Kollegen in den USA zu diesem Zweck eine "elektronische Nase" entwickelt. Sie basiert auf einer Matrix aus metallorganischen Gerüsten (MOFs) und lässt sich darauf trainieren, die Xylol-Isomere auch in Gemischen aufzuspüren und genau zu unterscheiden.

Hochporöse MOFs lassen sich präzise einstellen

Die kristallinen, hochporösen MOFs eignen sich hervorragend für die Sensorik, weil sie sich vielfältig variieren und präzise auf die zu detektierenden Stoffe einstellen lassen. Zunächst brachten die Forschenden um Lars Heinke am Institut für Funktionelle Grenzflächen des KIT sechs verschiedene MOF-Filme auf Quarzkristall-Mikrowaagen auf.

Anschließend wurde das für die Analyse der Sensordaten zuständige neuronale Netzwerk mit Methoden des Maschinellen Lernens trainiert. Wie das Team in der Zeitschrift ACS Sensors berichtet, erkannte die "E-Nase" die drei verschiedenen Xylol-Isomere in Gemischen höchst zuverlässig und genau. Diese Bewältigung eines herausfordernden Analytikproblems zeigt, dass die MOF-basierte E-Nase für die einfache, schnelle und kostengünstige Sensorik in den Bereichen Gesundheit und Umwelt geeignet ist.

» Originalpublikation

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)