Mobile Gaschromatographie zur Betrugserkennung

© Fraunhofer IPMS: Mikro-Gaschromatographiesäulen (µ-GC-Säulen) in einen 200 mm Siliziumwafer geätzt. Die Säulen werden mit einem zweiten Wafer mittels eines Wafer-Bond-Prozesses geschlossen und anschließend vereinzelt. Danach erfolgt die Funktionalisierung mit einer stationären Phase, analog zu konventionellen GC-Säulen.

Lebensmittelbetrug stellt Behörden, Hersteller und Prüforganisationen weiterhin vor große Herausforderungen, da globale Lieferketten komplexer werden und der Kostendruck steigt. Die Identifikation gefälschter oder falsch deklarierter Produkte – etwa adulteriertes Olivenöl – erfordert bislang aufwendige Laboranalysen mit gaschromatographischen Systemen, die von speziell geschultem Personal bedient werden müssen. Um diese Lücke zu schließen, entwickeln mehrere Fraunhofer-Institute gemeinsam ein kompaktes, mobiles Gaschromatographie-Sensorsystem, das eine schnelle Analyse direkt am Einsatzort auch durch Nicht-Experten ermöglichen soll.



© Fraunhofer IPMS: Unverschlossene µGC-Säule

Gemeinsame Entwicklung im PUMMEL-Projekt
Das System entsteht im Rahmen des Fraunhofer-PREPARE-Projekts PUMMEL, in dem die Fraunhofer-Institute für Photonische Mikrosysteme IPMS, für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie IME sowie für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV ihre Kompetenzen bündeln. Ziel ist es, mikrostrukturierte Gaschromatographiesäulen, chemische Sensortechnologien und anwendungsnahe Datenanalyse in einer kosteneffizienten und modularen Lösung für die Detektion flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) zu vereinen.

VOCs liefern charakteristische chemische Fingerabdrücke, die Rückschlüsse auf Zusammensetzung, Verunreinigung, Alterung oder Verfälschung eines Produkts zulassen. Ihre Analyse ist nicht nur für Lebensmittelsicherheit relevant, sondern auch für Anwendungen in der Medizin, Landwirtschaft, zivilen Sicherheit und chemischen Industrie.



© Fraunhofer IPMS: Rasterelektronen-mikroskop (REM)-Bild des Zentrums eines zersägten µGC-Chips. Der Umkehrpunkt der Säule im Zentrum ist zu erkennen.

Fokus auf zwei industrielle Anwendungsfälle
Im Projekt konzentrieren sich die Entwicklungsarbeiten derzeit auf zwei industrienahe Demonstratoren. Der erste adressiert die Identifikation von gefälschtem Olivenöl, einem der weltweit am häufigsten verfälschten Lebensmittel. Der zweite zielt auf die Erkennung kontaminierter Kunststoffrezyklate ab, die in Verpackungsmaterialien gelangen können – ein wachsendes Thema angesichts steigender Recyclingquoten und komplexerer Materialströme.

Durch die gezielte Auslegung der Sensorik auf spezifische VOC-Profile soll das System aussagekräftige Ergebnisse liefern, ohne die Komplexität universeller Laborgeräte zu erreichen.



© Fraunhofer IVV: Mobiles Messsystemzur schnellen Authentizitätsprüfung von Olivenöl

Miniaturisierte Gaschromatographie-Architektur
Das mobile System soll nach Abschluss der Entwicklung etwa die Größe einer Umhängetasche haben und eine siliziumbasierte Gaschromatographiesäule, einen Detektor, integrierte Probenaufbereitung, Steuer- und Auswerteelektronik sowie eine Energieversorgung enthalten. Im Gegensatz zu konventionellen Labor-GC-Systemen mit Säulenlängen von über 30 Metern setzt der Fraunhofer-Ansatz auf mikrostrukturierte Siliziumsäulen, die sich schnell aufheizen und abkühlen lassen.

Während der Analyse transportiert ein Trägergas die Probe durch die polymerbeschichtete Säule, in der die VOCs je nach Wechselwirkung mit der Beschichtung zeitlich getrennt werden. Ein Detektor am Säulenausgang erfasst die separierten Substanzen und erzeugt ein Chromatogramm, das die Zusammensetzung der Probe widerspiegelt. Die anwendungsspezifische Auswertung der Messdaten erfolgt bei Fraunhofer IME.

Ausgelegt für den Einsatz durch Nicht-Spezialisten
Erste Versuche mit kürzeren GC-Säulen zeigen bereits eine zuverlässige Trennung von VOCs, die für viele Qualitätsprüfungen ausreichend ist. Aktuelle Arbeiten konzentrieren sich auf die Optimierung miniaturisierter Säulen, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Trennleistung, Portabilität und Energieeffizienz zu erreichen.

Das System richtet sich ausdrücklich an Anwender ohne tiefgehende Analytikkenntnisse, etwa Wareneingangsprüfer oder Abfüller, die das Gerät nach kurzer Einweisung bedienen können. Dank des modularen Aufbaus lässt sich die Lösung an unterschiedliche Prüfaufgaben anpassen – von Lebensmitteln bis zu Recyclingmaterialien – und bietet Potenzial für kundenspezifische Weiterentwicklungen in Zusammenarbeit mit Industriepartnern.

Ergebnisse aus dem PUMMEL-Projekt werden auf der Analytica 2026 vorgestellt, die vom 24. bis 27. März 2026 auf dem Messegelände München stattfindet. Die Präsentation erfolgt am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 3, Stand 312.

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