Kohlenmonoxid – kurz CO – entsteht bei unvollständiger Verbrennung kohlenstoffhaltiger Verbindungen in Motoren und Feuerungsanlagen. Wenn eine solche Feuerungsanlage – sprich: Heizung – falsch eingestellt und gleichzeitig der Abgastrakt undicht ist,...
"...dann dringt dieses Gas in die Raumluft ein, in der sich die Menschen aufhalten. Unsere Nase gewöhnt sich ein bisschen an den Brandgeruch aber unser Körper gewöhnt sich nicht an das giftige Kohlenmonoxid,..."
...was dazu führt – sagt Wolfgang Rossner, Entwicklungsingenieur bei der Siemens AG München – dass die Sauerstoffaufnahme im Blut blockiert wird. Folge: Nach kurzer Zeit tritt der Tod ein. Es sei denn, das Opfer wird gewarnt. Etwa durch einen Kohlenmonoxid-Sensor aus einer speziellen Keramik.
"Der Sensorchip wird erhitzt und dadurch wird die chemisch aktive Schicht aktiviert, die mit dem Kohlenmonoxid reagiert. Man muss sich das so vorstellen, dass die Kohlenmonoxid-Moleküle sich auf der Oberfläche der Schicht anlagern. Die Moleküle sitzen dort elektrisch geladen und verändern wie in einem normalen Halbleiter die Leitfähigkeit des Materials über eine Änderung der Elektronendichte. "
Diese Veränderung der elektrischen Zustände auf der Keramikoberfläche lassen sich messen und entsprechend auswerten. Allerdings hat der Sensor zwei Nachteile. Zunächst einmal muss die Sensoroberfläche kontinuierlich auf 350 Grad Celsius – bei einem anderen System sind es 700 Grad – erhitzt werden. Außerdem ist die Reaktionszeit mit teilweise 20 Minuten einfach zu lange. Alternativ haben Siemens-Ingenieure nun einen Gassensor mit komplett neuer Technologie entwickelt.
"Da nehmen wir ein kleines Stückchen Silizium und fügen typischerweise fünf kleine Kammern ein. In diese Kammern deponieren wir dann die sensitive Schicht, montieren das alles auf einen Auswerteelektroniksiliziumchip und haben damit auf einem kleinen Chip, der nur wenige Millimeter groß ist, eigentlich den ersten Ansatz einer elektronischen Nase, die verschiedene Gase riechen und verschiedene Gase unterscheiden kann, realisiert."
Der Sensor funktioniert bei normaler Raumtemperatur und er kann verschiedene Gase detektieren. Als Material setzt Wolfgang Rossner ein, was Natur und Chemie zu bieten haben: von Metallen über Oxide bis hin zu organischen Stoffen – alles hat er in seinem Labor getestet. Beim Kohlenmonoxid hat er sogar zum Menschen zurückgefunden.
"Ein gutes Beispiel ist der Blutfarbstoff, das Hämoglobin, das bei uns im Blut den Sauerstoff transportiert, aber eben unglücklicherweise durch das für uns giftige Gas CO blockiert wird, weil es das CO sehr stark aufnimmt und bindet, und solche Stoffe, die aus der Natur kommen, bauen wir in unsere elektronische Nasen, in unsere Sensor-Arrays ein. "
Je nach Ausstattung schnüffelt die künstliche Nase etwa Ozon, denkbar ist auch der Einsatz zur Kontrolle des Alkoholgehaltes in der Atemluft. Das System ist winzig und ließe sich komplett in einem kleinen Kästchen unterbringen. Es kann sowohl industriell als auch privat eingesetzt werden. Der größte Vorteil ist aber die Schnüffelgeschwindigkeit: Mehrere 100 Mal pro Sekunde testet das System die Umgebungsluft.
"Was hier das eigentlich begrenzt, ist die Reaktionsgeschwindigkeit der sensitiven Schichten. Und typischerweise braucht eine sensitive Schicht etwas weniger als eine Minute, bis sie wirklich auch ein Gas erkannt hat."
"...dann dringt dieses Gas in die Raumluft ein, in der sich die Menschen aufhalten. Unsere Nase gewöhnt sich ein bisschen an den Brandgeruch aber unser Körper gewöhnt sich nicht an das giftige Kohlenmonoxid,..."
...was dazu führt – sagt Wolfgang Rossner, Entwicklungsingenieur bei der Siemens AG München – dass die Sauerstoffaufnahme im Blut blockiert wird. Folge: Nach kurzer Zeit tritt der Tod ein. Es sei denn, das Opfer wird gewarnt. Etwa durch einen Kohlenmonoxid-Sensor aus einer speziellen Keramik.
"Der Sensorchip wird erhitzt und dadurch wird die chemisch aktive Schicht aktiviert, die mit dem Kohlenmonoxid reagiert. Man muss sich das so vorstellen, dass die Kohlenmonoxid-Moleküle sich auf der Oberfläche der Schicht anlagern. Die Moleküle sitzen dort elektrisch geladen und verändern wie in einem normalen Halbleiter die Leitfähigkeit des Materials über eine Änderung der Elektronendichte. "
Diese Veränderung der elektrischen Zustände auf der Keramikoberfläche lassen sich messen und entsprechend auswerten. Allerdings hat der Sensor zwei Nachteile. Zunächst einmal muss die Sensoroberfläche kontinuierlich auf 350 Grad Celsius – bei einem anderen System sind es 700 Grad – erhitzt werden. Außerdem ist die Reaktionszeit mit teilweise 20 Minuten einfach zu lange. Alternativ haben Siemens-Ingenieure nun einen Gassensor mit komplett neuer Technologie entwickelt.
"Da nehmen wir ein kleines Stückchen Silizium und fügen typischerweise fünf kleine Kammern ein. In diese Kammern deponieren wir dann die sensitive Schicht, montieren das alles auf einen Auswerteelektroniksiliziumchip und haben damit auf einem kleinen Chip, der nur wenige Millimeter groß ist, eigentlich den ersten Ansatz einer elektronischen Nase, die verschiedene Gase riechen und verschiedene Gase unterscheiden kann, realisiert."
Der Sensor funktioniert bei normaler Raumtemperatur und er kann verschiedene Gase detektieren. Als Material setzt Wolfgang Rossner ein, was Natur und Chemie zu bieten haben: von Metallen über Oxide bis hin zu organischen Stoffen – alles hat er in seinem Labor getestet. Beim Kohlenmonoxid hat er sogar zum Menschen zurückgefunden.
"Ein gutes Beispiel ist der Blutfarbstoff, das Hämoglobin, das bei uns im Blut den Sauerstoff transportiert, aber eben unglücklicherweise durch das für uns giftige Gas CO blockiert wird, weil es das CO sehr stark aufnimmt und bindet, und solche Stoffe, die aus der Natur kommen, bauen wir in unsere elektronische Nasen, in unsere Sensor-Arrays ein. "
Je nach Ausstattung schnüffelt die künstliche Nase etwa Ozon, denkbar ist auch der Einsatz zur Kontrolle des Alkoholgehaltes in der Atemluft. Das System ist winzig und ließe sich komplett in einem kleinen Kästchen unterbringen. Es kann sowohl industriell als auch privat eingesetzt werden. Der größte Vorteil ist aber die Schnüffelgeschwindigkeit: Mehrere 100 Mal pro Sekunde testet das System die Umgebungsluft.
"Was hier das eigentlich begrenzt, ist die Reaktionsgeschwindigkeit der sensitiven Schichten. Und typischerweise braucht eine sensitive Schicht etwas weniger als eine Minute, bis sie wirklich auch ein Gas erkannt hat."