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Mit Grignard-Reagenzien entstehen Antiklopfmittel, Feinchemikalien und Arzneistoffe. Bisweilen gefürchtet sind die reaktiven Zwischenprodukte – was garantiert den reibungslosen Umgang damit? Beispielsweise die kontinuierliche Synthese mit Mikroverfahrenstechnik.
Grignard-Verbindungen sind metallorganische Verbindungen, die als reaktive Intermediate wichtig sind, um Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungen zu knüpfen: etwa beim Umsetzen mit Ketonen, Aldehyden, Estern oder Nitrilen. Vereinfacht gesagt wird ein Alkyl- oder Arylhalogenid – in der Regel Chlorid oder Bromid – in einer meist stark exothermen Reaktion mit metallischem Magnesium zur reaktiven Zwischenstufe R-Mg-X. Diese reagiert im Folgeschritt – in situ oder bei stabilen Zwischenstufen auch zeitlich versetzt – mit einem Elektrophil. R-Mg-X, also Grignard-Reagenzien herzustellen, kann tückisch sein.<h2>Bewährt und doch nicht ideal</h2>Die Industrie produziert Grignard-Reagenzien heute oft im klassischen Batch-Verfahren. Dabei wird im Kessel Mg als Pulver, Granulat oder Späne in einer möglichst geringen Menge wasserfreien Lösungsmittels vorgelegt und das Halogenid langsam hinzugefügt. Die Schwierigkeit besteht oft darin, eine ausreichend aktive Magnesiumoberfläche zu erzeugen. Notfalls lässt sich die Reaktion mit Hilfschemikalien in Schwung bringen.Ist die Reaktion einmal gestartet, muss das Zudosieren der Alkyl- oder Arylhalogenide so kontrolliert werden, dass sich die entstehende Wärmemenge sicher abführen lässt. Daraus ergeben sich bis zur vollständigen Umsetzung Reaktionszeiten von einigen Stunden. Schlechtes Wärmemanagement und langsames Reagieren begünstigen Nebenreaktionen, vor allem die Wurtz-Kupplung der organischen Halogenverbindungen.Ist eine Zwischenlagerung der Grignard-Reagenzien vor der weiteren Umsetzung erforderlich, so mindert dies im Regelfall ihre Qualität. Durchflusschemie kann die Qualität und Wirtschaftlichkeit verbessern. Vor allem bei einfachen Grignard-Reagenzien ohne empfindliche funktionelle Gruppen wie Aldehyde und Ketone, die selbst reagieren können, führt die Durchflusschemie ziemlich geradlinig vom metallischen Magnesium zum reaktiven Intermediat, sodass der Weg über Halogen-Metall-Austauschreaktionen unnötig ist.<h2>Bewegung öffnet neue Fenster</h2>Die Durchflusschemie entstand bereits im frühen 20. Jahrhundert. In Forschung, Feinchemie und Pharmazie hingegen werden Durchflussreaktoren mit Kanaldimensionen im Mikro- oder Millimeterbereich noch keine 20 Jahre genutzt. Die Vorteile sind guter Stoff- und Wärmetransport sowie kurze Misch- und Verweilzeiten, und sie gelten auch für Grignard-Reagenzien.Im Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM haben wir einen Ansatz gewählt, der im Durchfluss ein neues Prozessfenster erzeugt.1) Dabei wird Magnesium kontinuierlich nachgeführt, was zu jeder Zeit der Reaktion einen Magnesiumüberschuss sicherstellt.Die Aktivierung des Magnesiums ist integriert, Wärmemanagement und Reaktionskontrolle sind optimiert. Dies verkürzt die Reaktionszeit auf Minuten, unerwünschte Nebenreaktionen werden weitgehend unterdrückt, das Produkt enthält weniger Rückstände, und der Prozess ist einfach skalierbar. Gleichzeitig ist er flexibel: sowohl in der Produktionsmenge als auch beim Anpassen der Prozessparameter im laufenden Betrieb.<h2>Vom Labor- zum Pilotmaßstab</h2>Vom ersten Ansatz eines Laborreaktors, der für einen Durchsatz bis zu 0,3 Liter pro Stunde ausgelegt war, bis hin zu einem Pilotaufbau, der bis zu 20 Liter pro Stunde schafft, hat sich in der Entwicklung einiges getan (Abbildung).2)<figure><img src="https://media.graphcms.com/4kFS2jm7RvysBN0IO1sv"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Grignard-Reaktorfamilie vom Labor- bis zum Pilotmaßstab. Bild: Fraunhofer IMM</figcaption></figure>
Die manuelle Magnesiumnachführung wurde inzwischen durch eine Einheit ersetzt, die es erlaubt, den Magnesiumstand im Reaktor zu detektieren und bei Bedarf automatisch nachzufüllen. Die Mg-Aktivierung geschieht über einen Schrittmotor, der mechanische Reibung induziert. Der Reaktor in Form eines ringförmigen Zylinders ermöglicht es, die Reaktionswärme schnell und zuverlässig abzuführen. Sein Inneres und Äußeres lässt sich über Wärmetauscherstrukturen mit durchlaufendem Öl kühlen oder beheizen.Die einzelnen Pilotreaktoren sind so designt, dass sich bis zu vier davon modular im Pilotaufbau übereinander anordnen lassen, jeweils getrennt durch einen Glaszylinder. Dabei hat jeder dieser Reaktoren einen separaten Ein- und Auslass für das Wärmetauschmedium, sodass bis zu vier unterschiedliche Temperaturzonen möglich sind. In allen Fällen wird die Ausgangssubstanz von unten nach oben durch das Magnesiumgranulatbett gepumpt.Wir haben die einzelnen Reaktoren über 3-D-Laserschmelzen hergestellt. Dies erlaubt unabhängig von der Größenskala vollständigen Umsatz bei maximal möglicher Flussrate und minimalem Energieverbrauch für Heizen und Kühlen.Die obere Konzentrationsgrenze der eingesetzten Halogenide wird maßgeblich durch die Löslichkeit des entstandenen Grignard-Reagenzes bestimmt (Tabelle). Da das Magnesium mechanisch aktiviert wird, startet die Reaktion zwei- bis fünfmal schneller als zuvor. Die Verweilzeit ist die Zeit, die nötig ist, um in einem Reaktordurchlauf vollständigen Halogenidumsatz zu erreichen; die Flussrate korrespondiert zum maximal möglichen Durchsatz.<table-wrap>

<label>Tab. 1</label><h2>Reaktionsbedingungen und Ausbeuten für die im Labormaßstab erzeugten Standard-Grignard-Reagenzien.</h2><img src="https://media.graphcms.com/RWaAt27QSHmJvHvk8c0L">

</table-wrap>Eine effiziente Prozessführung ist für den Pilotaufbau schon umgesetzt. Zurzeit laufen Arbeiten für einen Aufbau, der das Entstehen des Grignard-Reagenzes mit der unmittelbaren Umsetzung in einer Grignard-Reaktion koppelt.<h2>Pharmazie und Zukunft</h2>Etwa 50 Prozent der heute produzierten Grignard-Reagenzien gehen in die pharmazeutische Industrie. Beispiele sind das Schmerzmittel Tramadol mit dem Grignard-Reagenz 3-Methoxyphenylmagnesiumbromid, das Antipsychotikum Clopixol mit Allylmagnesiumchlorid und das Brustkrebsmittel Tamoxifen mit Phenylmagnesiumbromid.Die ersten Machbarkeitsstudien mit Industriekunden hat das IMM erfolgreich absolviert, die erste gemeinsame Pilotierung ist in greifbarer Nähe und damit die Umsetzung in der Industrie.Dies ist der richtige Zeitpunkt, um den Blick auf die nächste Klasse der reaktiven Intermediate zu lenken: die Organozinkverbindungen. Solche Verbindungen waren bei der Kohlenstoff-Kohlenstoffbindungsknüpfung bereits während der 50 Jahre vor der Entdeckung der Grignard-Reagenzien wichtig. Da sie weniger reaktiv sind als Grignard-Reagenzien, tolerieren sie funktionelle Gruppen besser. Sie sind daher ideale Kandidaten für mehrstufige Synthesen in der Wirkstoffentwicklung. Wir haben sie inzwischen mit dem gleichen Laboraufbau hergestellt wie die Grignard-Reagenzien und in einer unmittelbar angeschlossenen zweiten Stufe direkt umgesetzt.3,4)<h2>Die Autorin</h2>Gabriele Menges-Flanagan arbeitet am Fraunhofer IMM an reaktiven Zwischenprodukten (Grignard-Reagenzien) und dem anschließenden Scale-up des Prozesses. Die Chemikerin promovierte in Polymer Science &amp; Engineering an der University of Massachusetts, USA.<div><img src="https://media.graphcms.com/bGxRsiviSF9cChjacXQA">

</div><a href="mailto:gabriele.menges-flanagan@imm.fraunhofer.de">gabriele.menges-flanagan@imm.fraunhofer.de</a>
<ul class="references"><li>
1 G. Menges-Flanagan, E. Deitmann, L. Gössl, C. Hofmann, P. Löb, Org. Process Res. Dev. 2020, 24, 315</li><li>
2 C. Hofmann, G. Menges-Flanagan, Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Grignard-Addukten und Vorrichtung zu dessen Durchführung, DE 10 2016 206 211 A1, 13. April 2016</li><li>
3 E. Deitmann, Evaluierung eines kontinuierlichen Verfahrens zur Synthese und Umsetzung von Organozinkhalogeniden, Master Thesis, FH Münster, Fraunhofer IMM, Mainz, 2019</li><li>
4 G. Menges-Flanagan, E. Deitmann, L. Gössl, C. Hofmann, P. Löb, Org. Process Res. Dev. 2021, 25, 3, 427</li></ul>

Artikel

Durchflusschemie: Damit nichts explodiert

Mit Grignard-Reagenzien entstehen Antiklopfmittel, Feinchemikalien und Arzneistoffe. Bisweilen gefürchtet sind die reaktiven Zwischenprodukte – was garantiert den reibungslosen Umgang damit? Beispielsweise die kontinuierliche Synthese mit Mikroverfahrenstechnik. Grignard-Verbindungen sind metallo...

Prof.Dr.

Laserstrahlungsquellen für IR-Spektrometer und -Mikroskope ermöglichen neue Messkonzepte, die weit über die bekannten Absorptionsmethoden hinausgehen. Anwendungen eröffnen sich in der medizinischen Diagnostik, in Pharma-, Lebensmittel- und Umweltanalytik.
Klassische Verfahren der IR-Spektroskopie im mittleren Bereich (mid-IR, 2,5 bis 25 μm Wellenlänge) nutzen die Transmission oder Reflexion von mid-IR-Strahlung, um daraus die mid-IR-Absorption zu berechnen. In den 1980er Jahren löste die Fourier-Transform-Technik die dispersiven Spektrometer ab. FT-IR-Spektrometer detektieren alle Wellenlängen gleichzeitig, die von der Strahlungsquelle, normalerweise einem schwarzen Strahler, dem Globar, ausgehen. Damit kompensiert die Technik zumindest teilweise einen der wesentlichen Nachteile des Globars gegenüber den Lichtquellen im Sichtbaren, nämlich seine schwache Strahlungsintensität.Trotzdem gab es immer Bestrebungen, intensivere Laserquellen für dispersive IR-Spektroskoie zu finden. Ein erster Schritt dahingehend waren die Bleisalz-Laser, die ebenfalls in den 1980er Jahren auf den Markt kamen. Allerdings war ihre Laserwellenlänge nicht variabel, und sie mussten bei Temperaturen unterhalb von –196 °C betrieben werden. Diese Nachteile verhinderten den kommerziellen Einsatz.<h2>Neue Strahlungsquellen, neue Messkonzepte</h2>Im Jahr 1994 entwickelten Forscher der Bell-Laboratories Interbandkaskaden- und Quantenkaskadenlaser (QCL), die nun – nach mehr als 20 Jahren Entwicklungszeit – in erste kommerzielle Spektrometer eingebaut werden. Dennoch besteht weiterhin Entwicklungsbedarf, vor allem um den durchstimmbaren Spektralbereich zu erweitern, Spektrometer zu miniaturisieren und günstiger herzustellen.Die Bandbreite gängiger QCLs im Spektralbereich von 800 bis 1800 cm–1 (12,5 bis 5,5 μm) beträgt rund 250 cm–1, sodass vier QCLs durchgestimmt werden müssen. Diese Laser bilden die Grundlage für den nächsten Entwicklungsschritt von IR-Strahlungsquellen, die IR-Frequenzkämme. Daneben wird weiterhin an breitbandigen IR-Lichtquellen, den Superkontinuumlasern, geforscht, von denen man sich verspricht, dass sich mit ihnen kosteneffektive und miniaturisierte Spektrometer realisieren lassen.Messkonzepte mit den neuen Laserstrahlungsquellen erfassen die Absorption direkt über thermische Veränderungen, die im sichtbaren Spektralbereich detektiert werden, oder akustische Wellen, die mit Ultraschallsensoren detektiert werden. Damit ergeben sich in der mid-IR-Biospektroskopie vier große Trends:<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Kompatibilität mit Untersuchungen im wässrigen Milieu,<list-item>Verbesserung der Empfindlichkeit,</list-item><list-item>höhere Messgeschwindigkeit und</list-item><list-item>höhere räumliche Auflösung.</list-item>Die Kompatibilität mit wässrigen Lösungen ist entscheidend, um Körperflüssigkeiten in der medizinische Diagnostik nichtinvasiv zu untersuchen. Empfindlichkeit ist wichtig für Anwendungen in der Spurengasanalyse sowie Messgeschwindigkeit für mikroskopische multispektrale Bildgebung, und höhere Auflösung liefert mehr morphologische Details bei Untersuchungen von lebenden Zellen.<h2>Quantenkaskadenlaser und der Blutzuckerspiegel</h2>Ein Beispiel aus der Diagnostik ist eine gute Nachricht für die sechs bis acht Millionen Patienten mit Diabetes in Deutschland, die mehrmals täglich ihren Blutzuckerspiegel bestimmen müssen. Mit IR-Spektroskopie ist diese Bestimmung nämlich nichtinvasiv. Die Methode nutzt Glukosekonzentration in der interstitiellen Flüssigkeit. Diese befindet sich in Hautschichten, und ihr Glukosegehalt ist stark genug mit dem Blutzuckerspiegel korreliert.Aufgrund der geringen Intensität von Globars und der hohen Absorption von Wasser in den Hautschichten ist die interstitielle Flüssigkeit nicht über die herkömmlichen IR-Methoden wie gerichtete und diffuse Reflexion oder geschwächte Totalreflexion zu analysieren. Die Verbindung aus QCL als Lichtquelle und der Detektion des photothermischen Effekts, der mit der Absorption von IR-Strahlung einhergeht, ermöglicht es, die Glukosekonzentration dort zu bestimmen.1)Die erste Generation eines Spektrometers mit QCL ist noch ein Tischgerät (Abbildung 1). Im Jahr 2018 hat es der Hersteller Diamontech entwickelt und an einer Studie mit 100 Probanden getestet. Die Genauigkeit war dabei ähnlich wie bei handelsüblichen Geräten zur Blutzuckerbestimmung. Für Anfang des nächsten Jahres ist die Markteinführung eines Handheld-Gerätes geplant, zwei Jahre später soll ein Armbandgerät dazukommen.<figure><img src="https://media.graphcms.com/4R5RY0lVThijTb5Dp2tl"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Miniaturisierung bei IR-basierten Geräten, die nichtinvasiv die Glukosekonzentration im Blut messen; links: im Jahr 2018, Mitte: geplant für Anfang 2022, rechts: Prognose für 2024.</figcaption></figure>
<h2>Atemgasanalyse</h2>Eine Verbindung von Spurengasanalytik und nichtinvasiver Diagnostik ist die Atemgasanalyse. Die ausgeatmete Luft ist nicht nur mit CO2 angereichert, sondern enthält Spurengase, die direkt mit Stoffwechselvorgängen zusammenhängen. Einige dieser Stoffwechselvorgänge sind auf Krankheiten der Lungen und der Nieren sowie auf Diabetes zurückzuführen und erlauben es, diese im Frühstadium zu erkennen.Durch eine Änderung der Zusammensetzung des Atemgases machen sich auch Infektionen bemerkbar. So sollen entsprechend ausgebildete Hunde eine Covid-19-Infektion erschnüffeln können. Eine ebenso empfindliche Nase lässt sich auch auf Basis der IR-Spektroskopie entwickeln.2,3 Schlüssel hierzu sind nicht nur die neuen Strahlungsquellen, sondern auch Messmethoden, beispielsweise auf Basis von Hohlwellenleitern (Abbildung 2), die in einem möglichst geringen Probenvolumen selektiv und sehr empfindlich Spuren von Gasen nachweisen. Bei Methan beispielsweise liegt die Nachweisgrenze bei etwa 50 ppb. Mit künstlicher Intelligenz (KI) könnte auf diese Weise ein Atemgasschnelltest entstehen.<figure><img src="https://media.graphcms.com/ZhqSamYlQS0NQwwrgFzg"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Gasanalyse mit IR-Spektroskopie und einem Hohlwellenleiter.4)</figcaption></figure>
<h2>IR-optisches Hybridmikroskop</h2>Bei Untersuchung von Gewebeproben erweitern mid-IR-basierte Imaging-Verfahren den Kontrast um schwingungsspektroskopische Informationen, und zwar ohne externe Labelmoleküle, wie sie etwa für Fluoreszenzmethoden notwendig sind. Dazu wurde ein IR-optisches Hybridmikroskop (IR-OH) entwickelt, das optische Weitfeld-Interferometrie einsetzt, um die absorptionsinduzierte Expansion von Proben zu messen.5)Beim IR-OH-Ansatz übertreffen Messfläche (zehnfach), räumliche Auflösung (vierfach) und spektrale Konsistenz (durch Abschwächung von Streueffekten) den Stand der Technik der FTIR-Mikroskopie mit Focal-Plane-Array-Detektoren.Als Testfall nutzten die Autoren ein Brustgewebe-Mikroarray aus 101 Dünnschnitten mit jeweils 1 mm Durchmesser von 47 Patienten von US Biomax. IR-Images wurden bei 22 diskreten IR-Wellenzahlen aufgenommen, von denen sieben für ein Klassifikationsmodell herangezogen wurden. Die Genauigkeit, mit der die Methode den Gewebetyp einschließlich Krebs korrekt identifizierte, entsprach 90 Prozent des Goldstandards Histopathologie, was einen Fortschritt gegenüber konventioneller IR-Spektroskopie bedeutet.Die IR-OH-Daten können dazu dienen, einen rechnergestützten Hämatoxylin-und-Eosin-Farbkontrast (H&amp;E-Kontrast) mit zellulärer Auflösung zu erzeugen, was eine färbungsfreie Gewebedarstellung ermöglicht, wie sie der klinischen Praxis entspricht (Abbildung 3). Dadurch lassen sich mikroskopische Morphologie und chemische Zusammensetzung kombinieren.<figure><img src="https://media.graphcms.com/3IBWMEfhS0GhiFJUdPIL"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Volldigitale Histopathologie einer ungefärbten chirurgischen Brustresektion, die automatische Erkennung und traditionelle Pathologie kombiniert. Links: Klassifizierung der chirurgischen Resektion aus IR-OH-Daten und die daraus abgeleitete rechnerische Hämatoxylin- und Eosin-Färbung (H&amp;E, Mitte). Rechts: H&amp;E-Bild des angrenzenden Schnitts.5)</figcaption></figure>
<h2>Photothermische IR-Mikroskopie</h2>Ein Weitfeld-photothermisches mid-IR-Mikroskop wurde für eine chemische Bildgebung von bis zu 1250 Frames pro Sekunden bei einer Bildgröße von 136×109 µm2 und Submikrometerauflösung entwickelt.6) Dies eröffnet neue Wege in der bildgebenden Hochdurchsatz-Charakterisierung von Materialien wie nanoskaligen Polymerfilmen und biologischen Proben, etwa lebenden Zellen.Das Mikroskop zeigt an einer Krebszelle Lipidtropfen um den Zellkern und charakteristische Banden bei Proteinen (Abbildung 4). Wassermoleküle im Medium liefern fast keinen Kontrast außerhalb der Zelle. Dies ist konsistent mit der hohen Wärmekapazität von Wasser und der daraus resultierenden minimalen Temperaturänderung. Das Messprinzip erlaubt sogar Tiefenprofile mit hoher Auflösung aufzunehmen und so Lipidtropfen innerhalb oder oberhalb von Zellen zu lokalisieren.<figure><img src="https://media.graphcms.com/FSGfzLpsRqCXg69BNSju"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Weitfeld-photothermische IR-Bildgebung chemischer Komponenten in lebenden Zellen. A) Reflexionsbild einer lebenden menschlichen SKOV3-Eierstockkrebszelle auf einem Siliciumwafer. B, C) IR-Bilder desselben Sichtfeldes bei 1744 cm–1 (Lipid) und 1656 cm–1 (Protein). Skalenbalken 10 mm6)</figcaption></figure>
Das Unternehmen Photothermal Spectroscopy (USA) hat ein optisch-photothermisches mid-IR-(O-PTIR)-Mikroskop auf den Markt gebracht. Dieses Gerät registriert Bilder Punkt für Punkt und damit langsamer als die Weitfeld-Mikroskope. Dafür kann der sichtbare Abfragelaser gleichzeitig Ramanstreuung anregen. Damit werden die beiden komplementären schwingungsspektroskopischen Modalitäten IR- und Ramanspektroskopie am gleichen Messpunkt eingesetzt.Nach den Messungen lassen sich die IR- und Ramanspektren von Analyten wie Mikro- oder Nanoplastikpartikeln anhand von Spektrenbibliotheken mit höherer Zuverlässigkeit in einem 2-D-Plot zuordnen (Abbildung 5). Es gibt bereits Untersuchungen an fixierten und lebenden Zellen7) sowie an Bakterien8) mit diesem Instrument.<figure><img src="https://media.graphcms.com/rub36PqVRGyke1mL4ui3"><figcaption><label>Abb. 5: </label>Ramanspektrum (rot) und optisch-photothermisches mid-IR-(O-PTIR-)Spektrum (blau) von PET (links) und Suchergebnisse als 2-D-Darstellung des Hit Quality Index (HQI) aus der Spektrenbibliothek Knowitall (Wiley).</figcaption></figure>
<h2>Fazit</h2>Mid-IR-Biospektroskopie liefert analytische Möglichkeiten, die bisher keine andere photonische Technik gebracht hat. Zudem zeichnet die IR-Spektroskopie struktursensitive Proteinbanden mit höherer Empfindlichkeit auf als die oft komplementäre Ramanspektroskopie.Die Verbreitung der Technik und hohe Probenzahlen werden zu großen Datenmengen (Big Data) führen, die prädestiniert sind für die Auswertung mit maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz. Es ist damit zu rechnen, dass weitere mid-IR-Spektrometer mit Laserstrahlungsquellen und neue Nachweistechniken kommerzialisiert werden und damit weitere Anwendungsgebiete eröffnen.<h2>Drei Fragen an den Autor:Christoph Krafft</h2>Welche Entwicklung hat Sie an den neuen IR-Techniken am meisten überrascht?Die optisch-photothermische IR-Spektroskopie überwindet mehrere Einschränkungen der konventionellen IR-Spektroskopie, etwa kontaktlose Messung von untergrundfreien IR-Spektren in Reflexion und mit Submikrometer lateraler Auflösung.Bei welchem der vorgestellten Trends erwarten Sie in nächster Zeit die größten Fortschritte?Intensität, Amplituden- und Frequenzmodulation, Polarisation, Kohärenz von IR-Lasern und anderen IR-Strahlungsquellen werden weiterentwickelt, Emissionen werden je nach Anwendung breitbandiger oder durchstimmbar schmalbandiger und die Kosten geringer.Wo besteht der größte Forschungsbedarf?In der Kombination von mid-IR-basierten Methoden mit Enabling Technologies wie Mikro- und Nanotechnik, Mikrofluidik und Fasertechnik, denn Systemintegration und der Einsatz in miniaturisierten Sensoren sind der Schlüssel für die Verbreitung. Dazu ist die Methodenforschung auszubauen.Christoph Krafft hat den Beitrag zusammen mit Thomas Mayerhöfer und Jürgen Popp verfasst, alle forschen am Leibniz-Institut für photonische Technologien (IPHT) in Jena. Krafft setzt seit über 20 Jahren IR-Spektroskopie, -Mikroskopie und -Imaging in der bioanalytischen Forschung ein und untersucht Zell- und Gewebeproben. Mayerhöfer beschäftigt sich mit wellenoptischen Methoden und Dispersionstheorie für die Interpretation von IR-Spektren. Jürgen Popp leitet den Lehrstuhl für Physikalische Chemie an der Universität Jena und ist wissenschaftlicher Direktor am IPHT. Er entwickelt Frequenz-, Zeit- und räumlich aufgelöste Laser-spektroskopische Methoden und Techniken in der Biophotonik.<div><img src="https://media.graphcms.com/cnJVoEYQN2OICoz3vA8R">

</div><h2>Auf einen Blick</h2>Quantenkaskadenlaser (QCL) sind im mittleren IR-Bereich (2,5 bis 25 μm) intensivere Strahlungsquellen für die IR-Spektroskokpie als die bisher gängigen schwarzen Strahler.IR-Spektrometer mit QCL-Strahlungsquellen eignen sich besser für die Analyse wässriger Medien, etwa in der medizinischen Diagnostik.Mit Hohlwellenleitern lässt sich die IR-Spektroskopie für die Analytik von Spurengase in der Ausatemluft nutzen.Photothermische mid-IR-Mikroskope können histologische Gewebeuntersuchungen ergänzen und chemische Komponenten in Zellen oder auf Partikeln erfassen.
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