„Lab-on-a-drone“ schickt die Wissenschaft in den Himmel, um stinkende Luftverschmutzung im Auge zu behalten

Verschmutzte Luft kann zur Entstehung von Asthma und anderen Erkrankungen beitragen. Der erste Schritt zur Bekämpfung ihrer Auswirkungen ist eine kontinuierliche und genaue Überwachung. Die meisten Messgeräte sind stationär und werden nur wenige Meter über dem Boden platziert. Schadstoffe können jedoch abdriften. Jetzt veröffentlichen Forscher in Analytische Chemie haben ein „Labor-auf-einer-Drohne“-System entwickelt, das im Gegensatz zu ähnlichen Geräten Schadstoffmengen wie stinkendes Schwefelwasserstoffgas erkennen und analysieren kann, während es noch in der Luft schwebt.

Schwefelwasserstoff (H2S) ist einer der stinkendsten Luftschadstoffe und bekannt für seinen fauligen Geruch nach faulen Eiern. Obwohl es natürlicherweise in Brunnenwasser und vulkanischen Emissionen vorkommt, ist es auch ein häufiges Nebenprodukt von Erdölraffinerien und Abwasseraufbereitungsanlagen. Das Gas ist reizend und kann in ausreichend großen Mengen giftig sein.

Die meisten Methoden zur Quantifizierung von H2S und anderen Schadstoffen basieren auf bodengestützten Instrumenten, und für die Erfassung von Messungen in größeren Höhen sind teure Geräte wie Satelliten erforderlich. Unbemannte Drohnen wurden von Forschern eingesetzt, um Proben in der Luft zu sammeln, die Analysen mussten jedoch immer noch am Boden mit herkömmlichen Instrumenten durchgeführt werden.

Deshalb wollten João Flávio da Silveira Petruci und seine Kollegen ein kostengünstiges „Labor auf einer Drohne“ schaffen, das in der Luft H2S-Gasproben nehmen und analysieren und die Ergebnisse in Echtzeit melden kann – ein Novum für Geräte dieser Art.

Mithilfe eines 3D-Druckers stellte das Team ein maßgeschneidertes Gerät her, das an der Unterseite einer handelsüblichen Quadrocopter-Drohne montiert wurde. Es nutzte eine einzigartige chemische Reaktion zwischen H2S und einem grün leuchtenden Fluorescein-Quecksilberacetat-Molekül. Bei Anregung durch ein integriertes blaues LED-Licht verursachte die Wechselwirkung eine Abnahme der grünen Fluoreszenzintensität, die erkannt und quantifiziert wurde. Diese Reaktion ist hochselektiv und wurde durch andere, störende gasförmige Luftschadstoffe nicht beeinflusst.

Das Team brachte seine Drohne zu einer Kläranlage, wo sie Luftproben am Boden und dann zu drei verschiedenen Tageszeiten in etwa 30 und 65 Fuß Höhe in der Luft entnahm. Das Erkennungsgerät übermittelte seine Ergebnisse per Bluetooth an ein Smartphone und ermöglichte so eine Echtzeitüberwachung.

Am Abend war mit zunehmender Höhe der Drohne ein deutlicher Anstieg der H2S-Konzentration zu beobachten, der jedoch nie den akzeptablen Umgebungswert überschritt. Die Forscher sagen, dass dieses System in Zukunft angepasst werden könnte, um auch andere Schadstoffe zu erkennen.