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Spektrometer in der Tasche

02.06.2016

Mit einem modernen Terahertz-Spektrometer können Sie fast alle Substanzen bestimmen: In den Teil des Spektrums, den ein solches Gerät einfängt, fällt Strahlung, die die meisten kondensierten Medien - Flüssigkeiten, Feststoffe, lebende Gewebe - und natürlich explosive Stoffe erzeugt.

Allerdings ist das Gerät selbst ziemlich sperrig und langsam: Es benötigt eine Strahlungsquelle in der Größe einer Systemeinheit, und die Analyse einer Probe dauert bis zu einer halben Stunde - nicht die bequemste Art, am Flughafen nach Sprengstoff zu suchen.

Bei herkömmlichen Spektrometern wird die Reaktion des Analyten auf Strahlung mit einer bestimmten Frequenz gemessen und für jede Frequenz eine neue Messung durchgeführt – was unter anderem mechanische Manipulationen an der Apparatur erfordert. Deshalb dauert die Analyse in herkömmlichen Spektrometern sehr lange.

Die Antwort der MIT-Entwickler ist der Quantum Cascade Laser (QCL). Es hat etwa die Größe eines Mikroschaltkreises und liefert das Ergebnis in 100 Mikrosekunden.

Wie alle elektrischen Laser "treibt" QCL eine elektromagnetische Welle im aktiven Medium hin und her, bis ihre Energie es ihr erlaubt, nach außen zu gehen. Um die Frequenzen der vom Laser erzeugten Wellen zu ordnen, verwendeten die Ingenieure am MIT einen Frequenzkamm. Es erzeugt eine Reihe von Impulsen, die nach Wellenlänge geordnet sind.

Die Methode wurde an einem Material getestet, dessen Spektrum zuvor berechnet worden war, und die Ergebnisse waren sehr genau.

Doch es gibt ein Problem: Obwohl die Quantenkaskadenlaser selbst sehr klein sind, müssen sie auf sehr niedrige Temperaturen gekühlt werden, und der Kühlschrank nimmt viel Platz ein. Die Entwickler arbeiten daran, die Betriebstemperatur zu erhöhen und an anderen Möglichkeiten, das Problem zu lösen. So ist es beispielsweise möglich, das Gerät nicht ständig zu kühlen, sondern nur in den Sekundenbruchteilen, wenn der Laser arbeitet.

Experten bezeichnen den Einsatz von QCLs in Spektrographen als Durchbruch – vielleicht wird es mit dieser Technologie möglich, sehr kompakte und sehr schnelle Spektrometer zu schaffen, die überall eingesetzt werden können – auch an Flughäfen für Streaming Baggage Scanning. Wer die Kontrolle passiert, hat dann keine einzige Chance, eine verbotene Substanz mit an Bord zu nehmen.

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Ultraschall heilt einen Bruch 27.11.2010

Nach der Anwendung von schwachem Ultraschall wachsen die Knochen viel besser zusammen. Viele bezweifeln die wundersame Heilkraft von schwachem Ultraschall und stufen die Hersteller solcher Geräte als Scharlatane ein. Diese Sichtweise hat ihre Berechtigung: Nach den Gesetzen der statistischen Physik ist es unmöglich, die Wirkung einer Energiequelle zu bemerken, deren Leistung mit der thermischen Bewegung von Molekülen vergleichbar ist.

Wie René Descartes feststellte, verblasst jedoch jede Theorie vor experimentellen Daten. Beispielsweise führten Ärzte des Universitätsklinikums Marburg und der Universität Ulm unter der Leitung von Dr. Jon Block im Auftrag eines Herstellers von schwachen Ultraschallgeräten die erste Stufe klinischer Studien durch.

Sie betrafen 101 Menschen mit einem gebrochenen Bein. Die Hälfte von ihnen wurde 20 Wochen lang täglich 16 Minuten lang mit Ultraschall bestrahlt, und bei der Kontrollgruppe gab es keinen Ton aus dem Gerät. Wie erwartet fand das Experiment mit einer zufälligen Auswahl von Patienten statt.

Das Ergebnis verblüffte die Wissenschaftler: Die Knochenmineraldichte war bei der Versuchsgruppe im Durchschnitt um 34 % höher als bei der Kontrollgruppe, das heißt, ihr Knochen schmolz viel stärker. Vielleicht ist es für Skeptiker nützlich, über dieses Ergebnis nachzudenken.

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