Die übermäßige Verwendung von stickstoffbasierten Düngemitteln in der Landwirtschaft
stellt eine Umweltgefahr dar. So ist die Analyse von Boden- und Grundwasser zu einem
wesentlichen Bestandteil der Nachhaltigkeit und der ökologischen Erhaltung geworden.
Dafür bietet der Multilyzer eine passende Lösung.
Schematische Darstellung des Multilyzer-Messsystems
Der Multilyzer ist ein mikrofluidisches Online-Messsystem (siehe Abbildung 1) zur
Bestimmung niedrigster Konzentrationen von Nitrat, Nitrit und Ammonium, die alle
wesentliche Bestandteile des Stickstoffkreislaufs sind. Der Kern des Systems ist eine auf
Silizium basierende Multikanal-Messzelle. Ein Analyt wird in die mikrofludischen Kanäle der
Zelle eingebracht und über Lichteinstrahlung seine Konzentration nach Gleichungen (1)
bzw. (2) ermittelt.
Die Absorption basiert auf dem Gesetz von Lambert-Beer, siehe Gl. (1).
E = c · ε · d = log(I/I0) (1)
E ist die Extinktion, c die Konzentration der Probe, d die Messkanallänge, I0 die Intensität
des einfallenden Lichts und I die Intensität des geschwächten Lichtes.
Die Fluoreszenz-Lichtintensität If wird nach Gl. (2) berechnet.
If = 2,303 · Φ · I0 · ε · c · x (2)
I0 ist die einfallende Lichtintensität, ε Extinktionskoeffizient, Φ die Quanteneffizienz und x
ist die Weglänge.
Mittels Kalibrierstandards bekannter Konzentration wird eine lineare Regressionsgerade
im System hinterlegt (siehe Abbildung 2), die es ermöglicht, unbekannte
Konzentrationen des Analyten in Proben zu ermitteln.
Mittels Nitratstandards verschiedener Konzentrationen (0 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm, 100 ppm, 200 ppm) ermittelte Kalibriergerade.
Das transportable System ermöglicht eine Online-Messung und wird mit einer 12 Volt
Batterie betrieben. Infolgedessen können Umwandlungs- und Abbauprozesse im
Gegensatz zur Analyse in einem lokalen Labor vermieden werden. Die Messung basiert
auf Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie. Das komplette System wird im
Kompetenzzentrum Nanochem an der OTH Regensburg entwickelt, inklusive
Fertigungstechnologien, Software- und Hardwaresteuerung.