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Der Mineraloge Prof. Roland Stalder beschäftigt sich mit Gesteinen des Erdmantels. Für seine Forschungsarbeit nutzt er einen Infrarot - Flächendetektor, der in 30 Sekunden strukturelle Informationen einer Fläche von 170 x 170 µm auf 64 x 64 Bildpunkten abbildet.
pyroxene
Bild: Die Abbildung links zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme eines scheinbar homogenen Pyroxen-Kristalls. Mithilfe des IR-Flächendetektors (rechts) kann man erkennen, dass die Wasserstoffkonzentration zum Rand hin zunimmt.

„Der Flächendetektor an unserem Institut stellt mit Sicherheit ein Alleinstellungsmerkmal dar. Wir sind das das einzige Institut, das in unserem Fach österreichweit damit arbeitet. Auch im Bereich der gesamten Geowissenschaften stehen in Europa derzeit nur zwei Geräte dieser Art zur Verfügung“, zeigt sich Prof. Roland Stalder vom Institut für Mineralogie und Petrographie der Universität Innsbruck von der vorhandenen Infrastruktur begeistert.

 

Detailgetreu

Der Infrarot - Flächendetektor misst mithilfe von Infrarotstrahlung die Frequenz – also die Häufigkeit von Schwingungen pro Zeiteinheit - von Atom- bzw. Molekül - Gruppen. Da jede enthaltene Atom- bzw. Molekül-Gruppe verschiedene Teile des Infrarotspektrums absorbiert, kann anhand des Restspektrums auf bestimmte Charakteristika des Untersuchungsgegenstandes geschlossen werden. Diese Charakteristika und ihre Konzentration machen wiederum Rückschlüsse auf die einzelnen Komponenten des untersuchten Materials möglich. Dank der 64x64 Detektorpixel, die auf einer Fläche von 170 mal 170 Mikrometern ein vollständiges Infrarot-Spektrum aufzeichnen können, ist eine sehr hohe Ortsauflösung möglich. „Eine Auflösung von drei Mikrometern ist für das Gerät kein Problem – und das in 30 Sekunden“, erklärt Stalder.

Neben der hohen Ortsauflösung ist die Echtzeit ein großer Vorteil des Geräts. Die Alternative zu Messungen im IR-Flächendetektor ist die Nutzung eines Synchrotrons, einem Teilchenbeschleuniger, der an Großforschungseinrichtungen wie dem CERN vorhanden ist. Diese Art der Untersuchung ist aber extrem zeitaufwändig. „Neben der Koordination – man muss an diesen Einrichtungen Strahlzeit beantragen und eigens anreisen – dauert auch der Messvorgang für meine Untersuchungen am Synchrotron viel länger. Für eine mit dem Flächendetektor vergleichbare Ortsauflösung würde der Messvorgang im Synchrotron rund fünf Stunden betragen. Instabile Stoffe zu untersuchen, ist dadurch praktisch unmöglich“, so Stalder.

 

Vielseitig einsetzbar

Auch wenn das Gerät anlässlich der Berufung von Prof. Roland Stalder eigens für seine Forschungsarbeit an der Universität Innsbruck installiert wurde, will er diese technische Ressource auch anderen Disziplinen zur Verfügung stellen. „Da der Flächendetektor mittels Infrarotstrahlung Schwingungen von OH -Gruppen misst, könnte er für die Untersuchung aller Stoffe eingesetzt werden, die solche Schwingungen aufweisen“, erklärt der Mineraloge das breite Einsatzspektrum. Demnach könnten neben natürlichen Kristallen auch synthetische Materialien, Biomaterialien sowie Fasern – zum Beispiel Asbestfasern – untersucht werden.

 

Interdisziplinäre Zusammenarbeit

Gemeinsam mit Prof. Ulrich Griesser von der Abteilung Pharmazeutische Technologie testete Stalder den Einsatz des Flächendetektors bereits für die Pharmazie: An einer handelsüblichen Kopfschmerztablette konnten die Wissenschaftler dank der hohen Ortsauflösung die genaue Wirkstoffverteilung analysieren. Laut Prof. Stalder würde sich der Flächendetektor auch für Untersuchungen in der Pathologie, der Biologie, Chemie oder Forensik eignen. „Wir sind gerne bereit, unsere Infrastruktur auch anderen Disziplinen zur Verfügung zu stellen. Ihre Erfahrungen könnten auch unsere Forschungsarbeit bereichern, da wir von anderen Untersuchungsszenarien lernen können“, lädt Roland Stalder alle Interessierten zur interdisziplinären Zusammenarbeit ein.

(sr)

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