Wissenschaftler*innen der Universität Paderborn haben als Teil eines internationalen Teams eine neue Methode entwickelt, um giftige Arsen-Varianten im Boden und in Gewässern schnell und präzise nachzuweisen. Die Studie, die im Fachmagazin „Nanoscale“ der „Royal Society of Chemistry“ veröffentlicht wurde, zeigt, wie einfache Technologien teure Laborverfahren ersetzen und eine schnelle Vor-Ort-Analyse ermöglichen können.
Arsen ist nicht gleich Arsen
Arsen ist ein gefährliches Schwermetall, das in Böden und Gewässern vorkommen kann. Neben der Menge hängt die Giftigkeit stark davon ab, in welcher chemischen Form das Arsen vorliegt. Forscher*innen müssen daher genau unterscheiden, ob es sich um Arsen(III) oder Arsen(V) handelt. „Diese beiden Formen verhalten sich in der Umwelt völlig unterschiedlich und haben auch unterschiedliche Auswirkungen auf die Gesundheit. Bisher waren Messungen auf diesem hohen Niveau aber sehr teuer und kompliziert“, erklärt Prof. Dr. Thomas Zentgraf vom Department Physik der Universität Paderborn.
Aktuell kommt in der Regel das sogenannte SERS-Verfahren (SERS = „Surface-Enhanced Raman Scattering“) zum Einsatz, um Spuren von Arsen nachzuweisen. Dabei handelt es sich um eine hochsensitive analytische Technik, die konventionelle Raman-Spektroskopie mit nanostrukturierten Metalloberflächen kombiniert. Das verstärkt das Raman-Signal der Moleküle um das Millionenfache, sodass selbst kleinste Spuren chemischer oder biologischer Substanzen eindeutig identifiziert werden können. Der Methode gehen allerdings komplexe Herstellungsverfahren voraus, die oft spezielle Maschinen und teure Materialien erfordern. Zudem müssen Sensoren oft mit Chemikalien behandelt werden, um zuverlässig zu arbeiten. „Auch die Auswertung der Daten erfordert häufig leistungsstarke Computer und teure Messgeräte, die nicht einfach vor Ort eingesetzt werden können“, ergänzt Prof. Zentgraf.
Schnell, günstig und vor Ort einsetzbar
Die Forscher*innen haben eine neue Lösung entwickelt. Sie nutzen eine spezielle Struktur, die „Loch-Sphäre-Nanogap-Plattform". Dafür verwenden sie Gold-Nanopartikel, die sich selbstständig auf einer Goldoberfläche anordnen. Anschließend behandeln sie die Oberfläche mit Wärme und ätzen sie leicht an. Dieser Schritt ersetzt die komplizierte Lithografie, also die Strukturierung mittels Belichtung. Das Ergebnis ist eine Plattform, die extrem zuverlässig funktioniert. Die Forscher*innen haben gezeigt, dass die Messergebnisse kaum schwanken. Die Methode verstärkt das Lichtsignal um den Faktor 100 Millionen. Das bedeutet, dass selbst kleinste Mengen Arsen deutlich sichtbar werden. Da die Struktur vollständig aus Metall besteht, stören keine anderen Signale aus dem Material die Messung. Das macht die Ergebnisse sehr verlässlich.
Der größte Vorteil der neuen Methode ist ihre Einfachheit. Sie benötigt keine teuren Maschinen und keine speziellen Chemikalien. Die Plattform funktioniert auch dann zuverlässig, wenn die Messgeräte nicht die höchste Präzision haben. Die Forscher*innen haben zum Beispiel gezeigt, dass sie die Arsen-Varianten sogar mit einfachen Filtern oder Smartphones erkennen können. Das macht die Methode ideal für den Einsatz im Feld, z. B. auf Baustellen oder in der Landwirtschaft.
Zum Paper: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/nr/d5nr03414k
