Für die Untersuchung von Mikro- und Nanoplastik ist die Raman-Spektroskopie ein leistungsstarkes Verfahren, da sie eine zerstörungsfreie Analyse mit detaillierten molekularen Informationen ermöglicht. Herkömmliche Raman-Messungen begrenzen den Probendurchsatz jedoch, da sie häufig eine aufwändige Probenvorbereitung erfordern und unter statischen Bedingungen erfolgen.

Alexander Kissel et al. stellen nun in ACS Sensors eine Durchfluss-Raman-Spektroskopie-Plattform mit automatisierter Auswertung vor, die eine semikontinuierliche Analyse von Mikroplastik in Wasserproben mit minimaler Probenvorbereitung ermöglicht. Das Verfahren erlaubt die präzise Bestimmung von Partikelverhältnissen und -konzentrationen, die Unterscheidung verschiedener Polymertypen sowie den Nachweis von Partikeln bis hinunter zu 2 µm.

Unter optimierten Strömungsbedingungen erreicht das von den ILM-Wissenschaftlern entwickelte System Messraten von bis zu 1.500 Partikeln pro Minute bei einer Nachweiseffizienz von über 85 %. Die Leistungsfähigkeit wurde an einer Wasserprobe aus einer Kläranlage demonstriert: Mikroplastik konnte detektiert, identifiziert und bildlich erfasst werden. Die Ergebnisse zeigen das Potenzial der Durchfluss-Raman-Spektroskopie für ein effizienteres Monitoring von Mikroplastik in Umweltproben und schaffen eine Grundlage für die Weiterentwicklung durchflussbasierter Raman-Messsysteme.

➔ Lesen Sie hier die Veröffentlichung: High-Throughput and Direct Microplastic Analysis via Flow Raman Spectroscopy

Seit über dreißig Jahren ist die Definition des Diffusionskoeffizienten beim Lichttransport Gegenstand wissenschaftlicher Diskussionen. Die kanonische Formulierung des Diffusionskoeffizienten beinhaltet eine explizite Abhängigkeit von der Absorption, was eine fundamentale Skalierungseigenschaft der Strahlungstransportgleichung (RTE) verletzt. 

Die aktuelle Publikation von André Liemert, Lorenzo Pattelli, Alwin Kienle, Federico Tommasi und Fabrizio Martelli in Reports on Progress in Physics wurde in Zusammenarbeit mit Forschern des Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (Turin) und des Dipartimento di Fisica e Astronomia di Firenze (Florenz) mit dem ILM erstellt und widmet sich diesem grundlegenden Problem. Die Autoren nutzen hierfür einen exakten Konsistenztest, der fordert, dass die Diffusionsbeschreibung im Grenzfall unendlich langer Zeit nach pulsförmiger Beleuchtung des Mediums mit einer isotropen punktförmigen Lichtquelle gegen die Strahlungstransportgleichung (RTE) konvergiert.

Für den Zeitbereich zeigen sie, dass ein absorptionsunabhängiger Diffusionskoeffizient notwendig und hinreichend für eine exakte Konvergenz im Langzeitlimit ist. Im Continuous-Wave-Betrieb (CW) weisen sie dagegen analytisch nach, dass bei nichtverschwindender Absorption kein einzelner skalarer Diffusionskoeffizient die Diffusion asymptotisch vollständig äquivalent zur RTE machen kann. Auch bei großen Ausbreitungsdistanzen bleibt eine endliche Abweichung zwischen beiden Beschreibungen bestehen. Zugleich zeigen die Autoren, wie sich die daraus entstehenden systematischen Fehler bei der Analyse von CW-Messungen – unter anderem bei der Bestimmung von Absorptionskoeffizienten und Streuanisotropie – quantifizieren lassen. Für große Distanzen stellen sie zudem eine verbesserte Ersatzlösung vor, die das asymptotische Dämpfungsverhalten der RTE genauer reproduziert als bisherige skalare Diffusionsapproximationen.

Die Arbeit wurde in Reports on Progress in Physics veröffentlicht, einem international renommierten und hochselektiven Fachjournal für Physik. Das Journal zeichnet sich durch Forschungsarbeiten mit hoher wissenschaftlicher Bedeutung und langfristiger Relevanz für die jeweiligen Forschungsgebiete aus. Mit einem aktuellen Impact Factor von 15,4 gehört Reports on Progress in Physics zu den hochrangigen Fachzeitschriften der Physik. Die Veröffentlichung in diesem Journal unterstreicht die wissenschaftliche Relevanz der ➔ Arbeit.