Dem Sprengstoff auf der Spur

Neuer Chemosensor weist TNT in Grund- und Seewasser nach
Immer noch werden Bomben aus dem Zweiten Weltkrieg gefunden, die damals nicht detoniert sind. Solche Blindgänger sind alles andere als harmlos. Werden sie nicht entschärft, können sie auch heute noch ihre zerstörerische Kraft entfalten. Nicht explodierte Sprengkörper im Boden lassen sich nicht so ohne weiteres orten. Auch der indirekte Nachweis über Sprengstoffspuren im Grundwasser funktioniert nicht, da die meisten heutigen Detektionsmethoden für Explosivstoffe nur für Luft-, nicht aber für Wasserproben taugen.
Forscher um William C. Trogler und Michael J. Sailor von der University of California in San Diego haben nun einen Sensor entwickelt, mit dem sich Spuren von Trinitrotoluol (TNT) und Pikrinsäure, zwei der bedeutendsten Explosivstoffe, auch in Wasser finden lassen. Der Sensor besteht aus einem dünnen Film eines so genannten Polysilols und leuchtet, wenn er mit UV-Licht angestrahlt wird. Wenn TNT-Moleküle auf den Film gelangen, erlischt das Leuchten.
Wie funktioniert das? Polysilol ist ein langes spiralig gewundenes Molekülband, dessen „Rückgrat“ aus Siliciumatomen Ankerpunkt für eine komplexe Anordnung von Kohlenstoffringen ist. Durch den speziellen Aufbau bildet sich eine Elektronenwolke, die praktisch über die gesamte Länge des Bandes verteilt ist. Durch UV-Licht werden die Elektronen in einen höheren Energiezustand gebracht. Beim Zurückfallen in den Grundzustand geben sie wieder Licht ab – im sichtbaren Bereich. Kommen die Bänder mit nitrogruppenreichen aromatischen Verbindungen, wie z.B. TNT oder Pikrinsäure, in Kontakt, treten intensive Wechselwirkungen zwischen der Elektronenwolke und den Elektronen dieser Sprengstoffe auf. Die angeregte Elektronenwolke gibt ihre Energie nun nicht mehr als sichtbares Licht wieder ab, sondern überträgt sie auf das Sprengstoff-Teilchen.
Der Sensor funktioniert in Luft, in Wasser, in organischen Lösungsmitteln, und selbst die Mikroorganismen aus Meereswasser können ihm nichts anhaben. In Luft liegt die Nachweisgrenze für TNT bei 4 ppb (parts per billion), in Seewasser immerhin noch bei 50 ppb. Zur Verdeutlichung: 1 ppb entspricht einem Stückchen Würfelzucker in einem Tankschiff.
Mit der Messmethode sollten sich außer nicht detonierten Geschossen im Boden auch Seeminen lokalisieren lassen. Boden und Grundwasser im Umkreis ehemaliger Militärbasen und Munitionsfabriken, die mit dem giftigen TNT verseucht sind, könnten identifiziert werden. Vielleicht gibt es auch Interesse seitens der Kriminalistik: Ein Handschuh, der mit TNT in Berührung gekommen war, ließ sich auch nach Abwischen ganz klar von seinem „unschuldigen“ Gegenstück unterscheiden.

Kontakt:
Prof. W.C. Trogler
Prof. M.J. Sailor
Department of Chemistry and Biochemistry
University of California at San Diego
9500 Gilman Drive
La Jolla
CA 92093-0358
USA
Fax: (+1) 858-534-5383
E-mail: wct@chem.ucsd.edu
msailor@ucsd.edu

Quelle: Angewandte Chemie 2001, 113 (11), 2162 – 2163
Hrsg.: Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh)