Die Luftschadstoffanalyse auf die nächste Stufe heben
Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts ELFIS haben Forschende ein neuartiges laserbasiertes Gerät entwickelt, mit dem sich Luftschadstoffe und deren Reaktion mit anderen Gasen und dem Sonnenlicht kontinuierlich und in Echtzeit messen lassen. Die Technologie gilt als das weltweit erste Breitband-Ultraviolett-Doppelkamm-Spektrometer und wird in einer in der Zeitschrift „Optica“ veröffentlichten Publikation beschrieben. Bei der Doppelkamm-Spektroskopie werden zwei Laserquellen mit diskreten, regelmäßig verteilten Frequenzlinien eingesetzt. Laserquellen in diesem Spektrum werden als Frequenzkämme bezeichnet, da das ausgestrahlte Licht, wenn es nach seinen optischen Frequenzen angeordnet ist, den Zähnen eines Kammes ähnelt. Wenn das Licht in ein gasförmiges Material eindringt, absorbieren die Moleküle des Gases einen Teil des Lichts, wodurch sich deren Wellenlängen verändern. Diese veränderten Wellenlängen bieten den Forschenden wertvolle Informationen über die Bestandteile und optischen Eigenschaften des untersuchten Gases.
Ein einzigartiges Merkmal
Die Besonderheit des ELFIS-Spektrometers besteht darin, dass dessen Lasersystem doppelte Lichtpulse im UV-Spektrum aussendet, wie in einer Pressemitteilung auf der Website des ELFIS-Projektkoordinators Technische Universität Graz (TU Graz) zu lesen ist. Wenn das UV-Licht in Gasmoleküle eindringt, regt es diese elektronisch an und lässt sie auf eine für jedes Gas einzigartige Weise rotieren und vibrieren. Das Breitband-UV-Doppelkamm-Spektrometer hat drei Vorteile gegenüber herkömmlichen Spektrometern. Erstens gestattet es die große Bandbreite des emittierten UV-Lichts, mit einer einzigen Messung eine Vielzahl von Informationen über die optischen Eigenschaften der Gasprobe zu sammeln. Der zweite Vorteil ist die hohe erreichte spektrale Auflösung und der dritte die kurzen Messzeiten bei der Analyse von Gasproben. „Damit eignet sich unser Spektrometer für empfindliche Messungen, mit denen sich Veränderungen in der Gaskonzentration und der Verlauf chemischer Reaktionen sehr genau beobachten lassen“, bemerkt der Erstautor der Studie, TU Graz-Doktorand Lukas Fürst. Das Forschungsteam verwendete den Luftschadstoff Formaldehyd, um sein Spektrometer zu testen. Formaldehyd ist eine stark riechende, farblose, brennbare Chemikalie, die industriell hergestellt und hauptsächlich bei der Produktion von Industrieharzen für Spanplatten und Beschichtungen genutzt wird. „Mit unserem neuen Spektrometer können Formaldehydemissionen in der textil- oder holzverarbeitenden Industrie sowie in Städten mit erhöhter Smogbelastung in Echtzeit überwacht und so der Schutz von Mensch und Umwelt verbessert werden“, erklärt Studienleiterin Prof. Birgitta Schultze-Bernhardt, ebenfalls von der TU Graz. Formaldehyd ist allerdings nicht der einzige Schadstoff, für den das Spektrometer eingesetzt werden kann. Seine Anwendung erstreckt sich außerdem auf Luftschadstoffe wie Stickoxide und Ozon sowie andere klimarelevante Spurengase. Die von ELFIS (Electronic Fingerprint Spectroscopy) unterstützten Forschenden hoffen, dass die neuen Informationen darüber, wie diese Gase die Atmosphäre beeinflussen, den Weg für neue Strategien zur Verbesserung der Luftqualität ebnen könnten. Weitere Informationen: Projekt ELFIS
Schlüsselbegriffe
ELFIS, Spektrometer, Doppelkamm-Spektrometer, Ultraviolett, UV, Gas, Laser, Licht, Formaldehyd, Luftqualität