Druckabhängigkeit des photoakustischen Spurengasnachweises - Verbesserte Selektivität

• Applicant: Privatdozent Dr. Frank Kühnemann
• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: from 2004 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5417545

Die Photoakustische (PA) Spektroskopie mit Infrarot-Lasern ist ein sehr empfindliches Verfahren zum Nachweis von Spurengasen. Der einfache optische Aufbau ermöglicht robuste Nachweisgeräte, die auch für den Routineeinsatz geeignet sind. Durch neue, abstimmbare Strahlungsquellen hoher Leistung werden Nachweisgrenzen im sub-ppb-Bereich erreicht. Dabei werden vor allem resonante photoakustische Zellen bei Normaldruck eingesetzt. Die bei Normaldruck auftretende Druckverbreitung der Spektrallinien führt jedoch zu einer Querempfindlichkeit gegenüber störenden Gaskomponenten (v.a. H2O und CO2), die höher ist als bei anderen Verfahren, die mit verringertem Probengasdruck arbeiten. Im vorliegenden Projekt soll erstmals versucht werden, die Querempfindlichkeit des photoakustischen Nachweises durch Unterdruckmessungen entscheidend zu verringern und gleichzeitig sub-ppb-Nachweisgrenzen zu erreichen. Kontinuierlich abstimmbare Strahlungsquellen (OPO), eine verbesserte Kenntnis der Infrarot-Spektren der absorbierenden Moleküle und Fortschritte bei der mathematischen Modellierung des Schallfeldes in der photoakustischen Zelle sollen dazu beitragen, die Druckabhängigkeit des PA-Signals experimentell genau zu beschreiben und so eine optimale photoakustische Zelle für den Unterdrucknachweis zu entwickeln. Bei Drücken von 100 mbar lässt sich z.B. der CO2-Untergrund um zwei Größenordnungen reduzieren. Eine Verringerung der Hintergrundsignale soll durch den erstmaligen Einsatz einer Wellenlängenmodulation für den MIR-photoakustischen Nachweis erreicht werden. Ein erstes Anwendungsziel für das neue Spektrometer besteht im isotopomerenselektiven Nachweis von Isopren bei 11 µm unter Verwendung eines 13C18O2Lasers. Mit diesen Arbeiten sollen die Einsatzmöglichkeiten des photoakustischen Spurengasnachweises entscheidend erweitert werden.

• DFG Programme: Research Grants