Hochauflösender miniaturisierter Gaschromatograph für die mobile Qualitätsüberwachung von Früchten in der Logistik

Ethylen ist ein direkter Indikator zur Bestimmung des Reifegrads von klimakterischen Früchten. Insbesondere auf langen Transportstrecken kann durch die Messung der Ethylenkonzentration unter Einbeziehung von weiteren Parametern wie der Kühltemperatur die Resthaltbarkeit solcher Früchte dynamisch zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden. Für den logistischen Prozess ergibt sich daraus, dass ein Paradigmenwechsel von First-in-first-out zu First-expire-first-out vollzogen werden kann. Der Verderb von Waren schon während des logistischen Prozesses wird dadurch drastisch reduziert. Um die Ethylenkonzentration in Containern während des Transports bestimmen zu können ist ein System nötig, dass mindestens eine Auflösungsgrenze von 50 ppb besitzt. Dazu muss ein solches System den harschen Bedingungen innerhalb eines Containers gewachsen und zugleich wirtschaftlich sinnvoll sein. Bisher existieren interessante Ansätze, welche jedoch entweder zu kostenintensiv, nicht die nötige Selektivität wie Sensitivität besitzen oder unter den harschen Umgebungsbedingungen innerhalb eines Containers nicht einsatzfähig sind.

In dieser Arbeit ist daher ein Prototyp eines mobilen kostenoptimierten Gaschromatographen entstanden, der zum ersten Mal für die mobile Überwachung der Ethylenkonzentration in Containern heran gezogen werden kann. Die Auflösungsgrenze dieses Systems liegt unterhalb von einer Ethlenkonzentration von 9 ppb, welche mit der Entwicklung einer Anreicherungseinheit mit hoher Probenkapazität auf Basis der Siliziumtechnologie erreicht wird.

Darüber hinaus war es zwingend notwendig eine kostengünstige Gaschromatographiesäule mit sehr guten Trenneigenschaften in Bezug zu Ethylen und Luftfeuchte zu finden. Drei Ansätze sind dazu verfolgt worden. Dazu wurden eine gepackte Trennsäule auf Siliziumbasis, eine Kapillarsäulen auf Siliziumbasis und eine gepackte Trennsäule aus dem 3D-Drucker entwickelt und untersucht.

Durch die Verwendung eines Metalloxidsensors hat das System weitere Eigenheiten, die sich insbesondere im Design des Sensorgehäuses ausgewirkt haben.