Forscher verbessert bisheriges Verfahren zur Spurengasanalyse Neuer Spürhund für Ozon & Co - scinexx | Das Wissensmagazin
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Forscher verbessert bisheriges Verfahren zur Spurengasanalyse

Neuer Spürhund für Ozon & Co

Prinzip des Verfahrens: Ein einfallender Laserstrahl trifft auf einen kleinen, flachen zweiseitigen Spiegel (gelb in der Mitte der Zeichnung) und wird in einen Reflektor gelenkt. Von dort wird er mehrfach zwischen Reflektor 1 und Reflektor 2 hin und her durch die Gasprobe geschickt. Mit Hilfe des flachen Spiegels verlässt er die Probe in Verlängerung der Ursprungsrichtung. Bisher musste das Laserlicht durch ein kleines Loch im Reflektor ein- und ausgestrahlt werden - ein Verfahren, das einen viel größeren Justierungsaufwand mit sich bringt. © PTB

Ozon in der Atmosphäre, Dioxin am Unfallort – kleinste Mengen einzelner Gase können erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit der Menschen und die Umwelt haben. Sie können aber auch wichtige Hinweise in der industriellen Forschung und der Wissenschaft liefern. Ein Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) hat nun so genannte Herriott-Zellen, die bisher zur Gasanalyse eingesetzt werden, verbessert.

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Dadurch ergeben sich Vorteile für die Herstellung und Anwendung: Durch das vereinfachte Design könnte die Produktion günstiger werden und die aufwändige Justierung wegfallen. Die PTB präsentiert das Verfahren erstmals auf der zurzeit laufenden Messe „Optatec“ in Frankfurt.

Mobile Analysegeräte gefragt

Oft muss die Analyse eines Gases schnell gehen, um Sicherheitsmaßnahmen zu planen oder Produktionsprozesse zu korrigieren. Dann sind mobile Analysegeräte gefragt, die gleich vor Ort Ergebnisse liefern. Viele herkömmliche Messverfahren basieren dabei auf einer Spektralanalyse mittels Laserlicht in Vielfach-Reflexionszellen, so genannten Herriott-Zellen.

Laserlicht wird zwischen zwei Hohlspiegeln hin und her geworfen, um einen möglichst langen Weg innerhalb der Gasprobe zurückzulegen. Problematisch war dabei aus Sicht von Forschern bisher, dass der Laser durch ein kleines Loch in die Zelle ein- und auch wieder austreten musste – der Justieraufwand war entsprechend hoch. Langzeitstabilität und Unempfindlichkeit gegenüber Stößen waren nicht optimal.

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Gerät als Interferometer einsetzbar

Das neue Bauteil von PTB-Wissenschaftler Gerardo José Padilla Viquez kommt ohne das „verflixte“ Loch aus. Aufgrund von mathematischen Symmetriebedingungen ergeben sich Lösungen, bei denen der Laserstrahl nur auf einen kleinen Einkoppelspiegel gerichtet werden muss. Die Austrittsrichtung des Laserstrahls liegt so, als ob die komplexe Anordnung gar nicht vorhanden wäre. Justage? Nahezu null!

Entsprechend robust sind Anwendung und Herstellung. Das Gerät ist prädestiniert für den Einsatz in moderner „Cavity Ring Down Spektroskopie“ (CRDS), bei der simultan viele verschiedene Gasspezies gleichzeitig detektiert werden. Durch Anpassung des Reflexionsgrades des Einkoppelspiegels, ist das Gerät nach Angaben des Wissenschaftlers auch als Interferometer einsetzbar, wodurch der Bereich der nichtlinearen Laserspektroskopie eröffnet wird. Das System ist bereits zum Patent angemeldet.

(Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 16.06.2010 – DLO)

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