E-Nasen erschnüffeln giftige Gase und machen sie mit Farbe sichtbar

In Kürze:

• Giftige Gase wie Kohlenmonoxid können versteckt im Alltag lauern und eine Gefahr für die Gesundheit darstellen.
• Derzeitige Techniken zum Nachweis sind häufig teuer und auf bestimmte Chemikalien beschränkt.
• Indische Forscher haben einen einfachen Sensor entwickelt, der giftige Substanzen erkennen und durch Farbwechsel anzeigen kann.

Nicht alle giftigen Gase haben einen speziellen Geruch oder eine Farbe. Aber ein winziges Gitter aus pastell- und bonbonfarbenen Quadraten könnte bei ihrer Erkennung helfen. Dieses ist Teil einer elektronischen Nase, auch E-Nase genannt, welche gefährliche Gase oder Chemikalien in der Luft effektiv „erschnüffelt“.

Diese Erfindung indischer Forscher ist nicht nur kostengünstig und langlebig, sondern zeigt die Gegenwart verschiedener giftiger Gase durch den jeweiligen Farbwechsel in Minutenschnelle.

Teurer Schutz gegen giftige Gase

Egal, ob Gas- oder Holzkohlegrill, Wasserpfeife oder Holzpellets: Bei unsachgemäßer Handhabung und unvollständiger Verbrennung kann leicht das Atemgift Kohlenmonoxid entstehen. Als farb- und geruchloses Gas wird es zudem oft kaum oder erst sehr spät von Personen wahrgenommen und es droht Lebensgefahr.

Elektronische Nasen sollen diese schädlichen chemischen Dämpfe und Gase erkennen. Die elektronischen Komponenten der handelsüblichen Geräte können jedoch teuer sein und sind für feuchte Umgebungen nicht geeignet.

Verbesserte Modelle wie optoelektronische Nasen können diese Einschränkungen umgehen. Indem sie die elektronischen Komponenten durch Farbstoffmoleküle ersetzen, können giftige Gase bei Kontakt durch Farbveränderungen angezeigt werden.

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Verbesserung in Papierform

Vijay Tak und seine indischen Kollegen haben nun eine verbesserte und umweltfreundlichere optoelektronische Nase mit verschiedenen Sensoren entwickelt, sodass mehr giftige Gase gleichzeitig erkannt werden können.

Jeder Sensor besteht aus einem winzigen Papierquadrat, das mikroskopisch kleine Siliziumdioxidpartikel enthält. Diese Partikel sind mit Farbstoffen beschichtet, die bei Kontakt mit bestimmten chemischen Verbindungen wechselwirken und ihre Farbe oder Intensität ändern.

Foto: ACS, nach Tak et al. (2025)

Um die Genauigkeit der E-Nase zu testen, setzten die Forscher ihr zwölf giftige Gase in jeweils zwei Konzentrationen aus. Zu den giftigen Substanzen gehören Hydrazin, Methylamin, Dimethylamin, Ammoniak, Salpetersäure, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Phosphoroxychlorid, Phosphortrichlorid, Bortrifluorid, Diethyldicarbonat und Chlorosarin.

Das Team verglich die Farbe und Intensität der Quadrate vor und nach einer fünfminütigen Gasexposition. Daraus ergab sich ein Muster, anhand dessen sie die Art und Konzentration des vorhandenen Gases identifizieren konnten.

In wiederholten Experimenten erreichten die farbwechselnden Sensoren eine Genauigkeit von 99 Prozent bei der Identifizierung der Art der chemischen Gefahr. Die Genauigkeit bei der Messung der Konzentration in den Gasproben lag bei 96 Prozent. Ein weiterer Test bestätigte, dass die Genauigkeit durch Feuchtigkeit nicht beeinträchtigt wird.

Günstiger Schutz

Mit geschätzten Herstellungskosten von 20 Cent pro Farbpalette präsentieren die Forscher ein kostengünstiges und anpassungsfähiges Mittel für die Umweltüberwachung unter realen Bedingungen und zum Nachweis giftiger Gase.

„Dieser Herstellungsansatz behebt wesentliche Einschränkungen bestehender Methoden. Er ist einfach, kostengünstig und reproduzierbar. Aufgrund seiner Vielseitigkeit und Kompatibilität eignet es sich gut für die Massenproduktion und für Anwendungen in der Praxis“, so die Forscher in ihrer Studie.

Als Nächstes wollen die Forscher eine tragbare E-Nase entwickeln, um auch gefährliche Chemikalien im Freien testen und nachweisen zu können.

Die Studie erschien am 21. Juli 2025 im Fachmagazin „ACS Sensors“.