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Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
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Spektroskopie – Lebensmitteldetektiv im Miniaturformat

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Der Apfel mit braunen Stellen, der Joghurt mit abgelaufenen Mindesthaltbarkeitsdatum: Diese Lebensmittel landen allzu oft im Abfall. Allein in Deutschland wirft jeder Bürger im Durchschnitt 85 Kilogramm Nahrungsmittel pro Jahr weg. Das ist schädlich für die Umwelt und für das Klima, denn für jedes Lebensmittel werden Wasser, Energie und Agrarflächen eingesetzt. Das Fraunhofer IPMS arbeitet an einem miniaturisierten Spektrometer, das helfen kann, den Umgang mit Lebensmitteln zu verbessern. Das Mikrospektrometer kann die Zusammensetzung, den Reifegrad und auch die Qualität von Lebensmitteln bestimmen. Die Nahinfrarotanalyse kann zudem Aussagen über Säuregrad und Zuckergehalt treffen oder darüber, ob der Apfel eine Druckstelle hat, die erst morgen als braune Stelle sichtbar wird. Auf diese Weise trägt es dazu bei, dass Nahrungsmittel rechtzeitig verzehrt werden und nicht in den Müll wandern. Mittlerweile ist das am Fraunhofer IPMS entwickelte Spektrometer so klein, dass es in Smartphones verbaut werden könnte.

Das am IPMS entwickelte miniaturisierte Gitterspektrometer hat mit einem Volumen von nur 0,6 cm³ etwa ein Fünftel der Größe eines gewöhnliches Stück Würfelzucker und ist damit eines der derzeit kleinsten NIR-Spektrometer weltweit. Durch den kompakten Aufbau, einem Gewicht von unter 1g und einer niedrigen Leistungsaufnahme im mW-Bereich ist es ideal zur Integration in mobile Analysegeräte zur Vorort-Messung. In der realisierten Ausführungsform adressiert es den NIR-Spektralbereich von 950 - 1900 nm bei einer spektralen Auflösung von 10 nm.

Der Systemansatz basiert auf der Absorption von infrarotem Licht, das für den Menschen nicht sichtbar ist. Es dringt tief in organischen Materialien wie Lebensmittel ein und liefert Informationen über die chemische Zusammensetzung des Objekts. Hierdurch kann die Nahinfrarotanalyse im Miniaturformat Aussagen über wichtige Eigenschaften wie Reife oder Frische von Obst und Gemüse, den Wassergehalt von Fleisch oder den Alkoholgehalt von Bier, Wein und Spirituosen machen. Andere Anwendungsbeispiele sind die Erfassung der Qualität und Echtheit von Kosmetik, Medikamenten und Textilien.

Auch in der Lebensmittelerzeugung finden sich wichtige Anwendungen für Nahinfrarot-Spektrometers. In der Landwirtschaft kann mit Infrarotspektralanalyse der Nährstoffbedarf im Boden erfasst werden. Auf diese Weise kann optimiert nach Bedarf gedüngt werden, so dass die Umwelt geschont und der Düngemitteleinsatz effizient erfolgen kann. Die miniaturisierten Spektrometersysteme des Fraunhofer IPMS eignen sich darüber hinaus für den mobilen Einsatz in der Pharmazie, Biotechnologie und Medizin, als auch im Umwelt- und Recyclingbereich.

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