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pte20190710002 Forschung/Technologie, Umwelt/Energie

Trinkwasserkontrolle per "Ping"

Photoakustischer Effekt erlaubt vielseitige Flüssigkeitsanalyse


Datenauswertung: Kleine Signale zeigen Wasserqualität (Foto: Mizzou)
Datenauswertung: Kleine Signale zeigen Wasserqualität (Foto: Mizzou)

Columbia (pte002/10.07.2019/06:10) - "Nur ein Ping", sagt Marko Ramius, Kapitän eines sowjetischen Atom-U-Bootes, im 1990 gedrehten Film "Die Jagd auf Roter Oktober". Dieses "Ping", also die in der Seefahrt genutzte Sonartechnik, inspirierte Forscher an der University of Missouri (Mizzou) https://missouri.edu , ein einfaches Verfahren zur Qualitätskontrolle von Wasser zu entwickeln. Es basiert auf dem photoakustischen Effekt, also der Umwandlung von Lichtenergie in akustische Energie.

Geeignet für Wasser, Milch und mehr

Wenn Wasser Licht absorbiert, verwandelt sich die Energie in Schallwellen, ähnlich wie beim Sonar-Ping. "Wenn Wasser verunreinigt ist, können wir es erkennen", sagt daher Luis Polo-Parada, Assistenzprofessor für Pharmakologie und Physiologie an der medizinischen Fakultät der Mizzou. Mit der Methode lasse sich beispielsweise überprüfen, ob eine Anlage zur Entsalzung von Meerwasser tatsächlich Trinkwasserqualität erreicht. Das Team um Polo-Parada experimentierte mit Tropfen aus Wasser, Milch und ionischen Flüssigkeiten, das sind spezielle Salze, die bei Umgebungstemperatur unter 100 Grad Celsius flüssig sind.

Gary A. Baker, Assistenzprofessor für Chemie, vergleicht die Wirkungsweise mit dem Einfluss von solarer Wärme auf eine Zimbel, ein Musikinstrument, das wie ein Kessel angeschlagen wird. "Sonnenlicht wärmt die Zimbel auf", so der Chemiker. Dabei entstehe ein Dauerton. Bei der Methode, die er mit seinem Kollegen entwickelt hat, sind die Energiespender Laserstrahlen. Sie erzeugen Schallwellen, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit die Forscher messen.

Schallgeschwindigkeit steht für Qualität

Für ihre Entwicklung nutzten die Wissenschaftler einen Laser, mit dem im Normalfall Tätowierungen entfernt werden. Die Pulsdauer liegt bei extrem kurzen zehn Nanosekunden. Die Pulse werden per Lichtwellenleiter in die zu untersuchende Flüssigkeit geleitet. Die dabei entstehenden Schallwellen fängt ein Mikrofon auf. Die Daten werden in Echtzeit analysiert. Die Schallgeschwindigkeit gibt Aufschluss darüber, ob Wasser oder andere Flüssigkeiten fremde Bestandteile enthalten.

So lässt sich der Alkoholgehalt in Getränken feststellen. Olivenöl kann darauf überprüft werden, ob es mit billigem Sonnenblumenöl gestreckt ist. Auch die Qualität von Honig lässt sich messen, ebenso der Zuckergehalt in Softdrinks. Dazu muss das System eine Art Lernprozess durchlaufen, in dem es die unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die es misst, bestimmten Verunreinigungen oder Fremdstoffen zuordnen kann. Die Forscher wollen nun ein Gerät entwickeln, mit dem auch Laien Qualitätsmessungen machen können.

(Ende)
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