MEMS-basierte Spektroskopiesysteme

Das Fraunhofer IPMS entwickelt miniaturisierte Spektrometersysteme für den mobilen Einsatz in vielfältigen Applikationen, wie z.B. im Agrar- und Lebensmittelbereich, in Pharmazie, Biotechnologie und Medizin als auch im Umwelt- und Recyclingbereich.

Das entwickelte miniaturisierte Gitterspektrometer ist mit einem Volumen von nur 2,1 cm³ etwa 30% kleiner als ein gewöhnliches Stück Würfelzucker und das derzeit kleinste NIR-Spektrometer weltweit. Durch den kompakten Aufbau, einem Gewicht von nur 17g 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.

Ob Frischeprüfung von Lebensmitteln, sortenreine Trennung von Plastikgegenständen im Recycling, Bestimmung von Art und Konzentration von Ausgangsstoffen in der Pharmazie oder Messung der Zusammensetzung von Gasen und Flüssigkeiten im Verbrennungstrakt von Fahrzeugen: In jedem Fall geht es darum, Art und Konzentration von beteiligten Materialien möglichst zeitsparend qualitativ und quantitativ zu bestimmen. Die Spektroskopie, bei der Stoffe beleuchtet und Intensität und Wellenlänge des reflektierten Lichts analysiert werden, ist für all diese Anwendungen prädestiniert. Denn die Messung mittels elektromagnetischer Strahlung ist berührungsfrei, lässt die Probe unbeschadet und ist gleichermaßen für feste, flüssige oder gasförmige Stoffe geeignet.

Das Spektrometer verwendet ein spezielles zeitdiskretes Messprinzip, welches es ermöglicht, ein Spektrum mit einem einzelnen hochempfindlichen Detektor nur durch die Drehbewegung des integrierten MEMS-Gitters zu scannen. Zentrales Element des Spektrometers ist ein am Fraunhofer IPMS entwickeltes nur (9,5 × 5,3 × 0,5) mm³ messendes Mikro-Elektro- Mechanisches System (MEMS).