Photoakustik

Photoakustische Spurengasanalyse
© Fraunhofer IBP
Photoakustische Verfahren und Detektoren zur Spurengasanalyse

Gasanalytik mit photoakustischen Methoden

Die angewandte Forschung in der Photoakustik – wie unsere Experten sie betreiben – ist auf die Entwicklung von photoakustischen Gassensoren und Monitoren ausgerichtet. Darüber hinaus leisten wir in den Laboren wichtige Grundlagenforschung zur Leistungsverbesserung der photoakustischen Nachweismethode und zur Entwicklung neuartiger photoakustischer Sensoren.
Die photoakustische Wirkung basiert auf der sensiblen Erkennung von akustischen Wellen, die durch die Absorption von gepulstem oder moduliertem monochromatischem Licht über instationär lokalisierte Erwärmung und Ausdehnung in einem Gas, einer Flüssigkeit oder einem festen Stoff erzeugt werden. Dieser Effekt ist auf die Umwandlung von zumindest einem Teil der absorbierten Lichtenergie in kinetische Energie der Gasmoleküle durch Energieaustauschprozesse zurückzuführen.

Lichtquellen und photoakustische Messanordnung

Aufgrund ihrer schmalen Emissionslinienbreite eignen sich Laser am besten als Lichtquellen für photoakustische Anwendungen. Für viele praktische Einsätze wie z. B. den Nachweis von Spurengasen sind kompakte abstimmbare Laserquellen erforderlich. Zu diesem Zweck setzen wir einmodige DFB (distributed feedback) Nah-Infrarot-Diodenlaser mit hoher Spektralauflösung ein.

Spurengasdetektion von Stickstoffverbindungen

Je nach verwendeter Laserquelle kann die Photoakustik zur hochauflösenden Spektroskopie sowie darauf aufbauend zur selektiven und empfindlichen Detektion von Molekülen in Spurenmengen eingesetzt werden. Ein Beispiel dafür ist die detaillierte Untersuchung von Adsorptions- und Desorptionsprozessen polarer Moleküle (z. B. Ammoniak an Wänden), die die Detektionsempfindlichkeit in dieser Klasse von Molekülen begrenzen.
Modernste Lasertechniken und optimierte photoakustische Anordnungen werden bei Problemen der Spurengasanalyse in der Umgebungsatmosphäre verwendet, beispielsweise um schädliche Verbindungen des Stickstoff-Zyklus‘ zu untersuchen. Hinzu kommen die Detektion von Distickstoffmonoxid-Molekülen und polaren Stickstoffdioxid-Molekülen mit Quantenkaskadenlasern sowie die Formaldehyd-Detektion in Gasgemischen und in der Umgebungsluft.

Referenzen