Feinstaub messen per Laser

Feinstaub ist für seine gesundheitsschädliche Wirkung berüchtigt. Das gilt vor allem für Partikel mit einem Durchmesser von unter zweieinhalb Mikrometern, da diese tief in die Lunge gelangen können. Im Fachjournal „Optics Express“ stellte ein Forscherteam jetzt eine neue Messtechnik für solche Teilchen vor. Damit lassen sich die winzigen Partikel nicht nur zählen und vermessen, sondern auch identifizieren – und das in Echtzeit.

Zunächst fingen die Wissenschaftler um Abhinav Sharma vom Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen die in der Luft schwebenden Partikel mithilfe eines Laserstrahls ein und beförderten sie in eine photonische Kristallfaser. In dieser speziellen Glasfaser sind winzige parallele Luftkanäle eingebettet, die sich um einen hohlen Kern anordnen. Durch diese regelmäßige Struktur lassen sich das Laserlicht und die darin gefangenen Teilchen gezielt durch den Hohlkern leiten und untersuchen. Informationen liefern dabei etwa die Zeit, die ein Partikel für die Passage durch die photonische Kristallfaser benötigt, oder die Streuung des Laserlichts an den Partikeln. Anhand der unterschiedlichen Messdaten waren Sharma und seine Kollegen schließlich in der Lage, die Größe und die Sorte der Teilchen zu bestimmen.

Die Wissenschaftler testeten ihre Methode bereits mit Partikeln aus Polystyrol sowie Siliziumdioxid. Dabei ermittelten sie beispielsweise den Durchmesser eines weniger als einen Mikrometer messenden Siliziumdioxidteilchens mit einem Messfehler von nur 0,9 Prozent. Zwar müssen größere Partikel vor der Prozedur aus der Luft herausgefiltert werden. Dann aber funktioniere das Verfahren zuverlässig – und vor allem viel schneller als herkömmliche Methoden, so die Autoren. Die kleinsten Partikel, die sich nachweisen ließen, besaßen nach Angaben der Forscher einen Durchmesser von 0,6 Mikrometer.

Künftig wollen Sharma und seine Kollegen die Messtechnik auch auf andere Partikel anwenden, die häufig in der Atmosphäre auftreten. Für Analysen in flüssigen Medien, etwa um Wasserverschmutzungen zu überwachen, sei die Methode womöglich ebenfalls geeignet.