Handgassensor unterscheidet Methanol von Ethanol

Der Konsum von nur 6 ml Methanol kann tödlich sein. Seit Jahresbeginn wurden in mehreren Ländern 1636 Fälle von Methanolvergiftungen gemeldet. Das Problem entsteht bei gefälschten oder illegal hergestellten Spirituosen (nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation), die zu einem unbeabsichtigten Methanolkonsum führen können. Ausbrüche einer Methanolvergiftung kommen in Entwicklungsländern besonders häufig vor, auch weil die derzeitigen Methoden zum Nachweis von Methanol ressourcenintensiv und daher unzugänglich sind. Forscher Jan van den Broek und Kollegen von der ETH Zürich und dem Universitätsspital Zürich in der Schweiz haben nun einen tragbaren Gasanalysator entwickelt, der erfolgreich zwischen Methanol, Ethanol und Aceton unterscheiden kann. Darüber hinaus zeigten sie, dass das Gerät in der Lage ist, innerhalb von 2 Minuten zwischen niedrigen Methanolkonzentrationen (1 ppm) und hohen Ethanolkonzentrationen (bis zu 62.000 ppm) zu unterscheiden, was für die Analyse alkoholischer Getränke unerlässlich ist.

Das Gerät besteht aus einer Säule aus Polymerharz, um Methanol von störenden Verbindungen wie Ethanol zu trennen, bevor es den Detektor erreicht. Die Säule funktioniert wie ein gaschromatographisches System und trennt die Komponenten anhand von Unterschieden in ihrer Flüchtigkeit. Anschließend integrieren die Forscher einen hochempfindlichen, aber unspezifischen Mikrosensor aus mit Palladium dotierten Zinnoxid-Nanopartikeln auf ineinandergreifenden Sensorelektroden – eine messbare Änderung der Leitfähigkeit im Halbleiter zeigt das Vorhandensein von Methanol, Ethanol oder Aceton in den verschiedenen Teilen der Säule an.

Anschließend untersuchten die Forscher die Wirksamkeit des Geräts zur Unterscheidung zwischen unverdorbenem Alkohol und kontaminierten Getränken. Sie versetzten Arrack (eine südostasiatische Spirituose) mit unterschiedlichen Konzentrationen Methanol (0,3–1 % Vol./Vol.). Bei dem flüchtigeren Methanol, das das Gerät zuerst extrahiert, gab es nach 1,7 Minuten einen Leitwertspitzenwert, gefolgt von einem Spitzenwert für Ethanol nach etwa 8,3 Minuten. Das Gerät konnte nicht nur bei allen getesteten Konzentrationen eindeutig zwischen dem verunreinigten Arrack und der unverfälschten Flüssigkeit unterscheiden, sondern war auch in der Lage, die Menge an vorhandenem Methanol zu quantifizieren. Dies ist der erste Schritt zur Einführung einer kostengünstigen Methanolanalyse alkoholischer Getränke, insbesondere in Entwicklungsländern.

Atemtest erkennt Opioide

Darüber hinaus untersuchten die Forscher die Möglichkeit, Methanol in Atemproben nachzuweisen. Ein mit Ethanol betrunkener Freiwilliger mit einem Blutalkoholgehalt von 0,54‰ lieferte eine Atemprobe, die anschließend mit einer Methanolkonzentration angereichert wurde, die leicht über der einer schweren Methanolvergiftung lag (135 ppm). Bei der Analyse konnte das Gerät in Atemproben eindeutig zwischen Methanol und Ethanol unterscheiden. Sie bestätigten die Ergebnisse des Geräts, indem sie dieselben Atemproben mittels Tisch-Protonentransferreaktions-Flugzeit-Massenspektrometrie (PTR-TOF-MS) analysierten.

Die Autoren hoffen, dass dieses „Proof-of-Concept“-Gerät zur Entwicklung einer schnellen und nicht-invasiven Methode zur Erkennung einer Methanolvergiftung führen wird. Darüber hinaus könnte es den Weg für eine kostengünstige Möglichkeit zur Überwachung der Produktion alkoholischer Getränke ebnen, um versehentliche Vergiftungen in der Zukunft zu verhindern. Ausführliche Informationen zu dieser Forschung finden Sie in Nature Communications.