Spektrale Infrarot-Mikroskopie mit Quantenlicht zur mobilen Mikroplastik-Analyse

Im Projekt SIM-QPla soll die grundlegende Technologie für die schnelle, robuste und kosteneffektive spektrale Mikroskopie im mittleren Infrarot (MIR) auf der Basis von verschränkten Photonen, Mikrofluidik und KI-gestützter Datenauswertung erarbeitet, und deren Funktionsweise für den Einsatz in der mobilen und automatisierten Mikroplastik-Identifikation in der Umweltanalytik etabliert werden.
Der Stand der Technik zur Identifizierung und Klassifizierung von Mikroplastik ist die spektral aufgelöste Bildgebung im mittleren Infrarot (MIR). Hierbei wird ausgenutzt, dass nahezu alle Polymere Absorptionsspektren mit sehr spezifischen Banden im MIR aufweisen. Allerdings ist die instrumentelle Umsetzung sehr zeitintensiv und gerade für kleinere Partikelgrößen <100 µm sehr kostenintensiv. Die Geräte haben Abmessungen, die nicht mit einem mobilen Einsatz vereinbar sind. Grund dafür sind fundamentale, technologische Hindernisse sowohl bei der Detektion als auch der Erzeugung von breitbandigem MIR-Licht.
Ein jüngst in der Quantenoptik entwickeltes Verfahren, die Messung mit undetektierten Photonen, erlaubt es, Spektroskopie und Mikroskopie im mittleren Infrarot umzusetzen, ohne dafür Quellen oder Detektoren in diesem Spektralbereich zu benötigen. Dies ermöglicht den Einsatz von kostengünstigen und robusten CMOS-Kameras zur Detektion, welche im VIS und NIR detektieren, und dabei zusammen mit leistungsstarken NIR Laserdioden den Bau von kompakten, für den Feldeinsatz geeigneten Geräten ermöglichen. Die damit mögliche Messung in flüssigem Medium reduziert die Probenaufarbeitung drastisch und ermöglicht so erstmals eine vor Ort Analytik.