Mit dem weltweit ersten, sogenannten Breitband-UV-Dualkamm-Spektrometer können Luftschadstoffe kontinuierlich gemessen und ihre Reaktion mit der Umgebung in Echtzeit beobachtet werden, heißt es in einer Aussendung der Technischen Universität Graz (TU).
Wie wirken UV-Strahlung und Gas-Moleküle zusammen?
Die Zusammensetzung der Atmosphäre und der Vorgänge in dieser haben große Auswirkungen auf unsere Umwelt und unser Klima. Wenn beispielsweise die energiereiche UV-Strahlung des Sonnenlichts auf Gas-Moleküle trifft, regt es diese elektronisch an und versetzt diese zusätzlich in Rotationen und Vibrationen. Diese sogenannten rovibronischen Übergänge sind bei jedem gasförmigen Stoff einzigartig. Das Forschungsteam von Birgitta Schultze-Bernhardt vom Institut für Experimentalphysik der TU Graz macht sich dieses hohe Reaktionspotenzial nun für eine neue Methode des Umweltmonitorings zunutze.
Ein Millionstel einer Milliardstel Sekunde
Das von der Grazer TU-Gruppe entwickelte Spektrometer basiert auf einem Lasersystem, das doppelte Lichtimpulse im ultravioletten Spektrum emittiert. Zudem kombiniere das Breitband-UV-Dualkamm-Spektrometer drei weitere Eigenschaften: Eine große Bandbreite des ausgestrahlten UV-Lichts, wodurch sehr viele Informationen über die optischen Eigenschaften der Gasproben mit einer einzelnen Messung gesammelt werden können.
Zweitens eine hohe spektrale Auflösung, die in Zukunft auch die Untersuchung komplexer Gasgemische wie unsere Erdatmosphäre ermöglichen sollen. Die durch Licht ausgelöste chemische Reaktion erfolgt außerdem typischerweise unglaublich schnell. Genauer gesagt in einem Millionstel einer Milliardstel Sekunde. Für das neue Spektrometer können die Lichtimpulse so ultrakurz eingestellt werden, wie sie gebraucht werden und über längere Zeit beibehalten werden, wodurch auch längere Messungen möglich sind. „Dadurch eignet sich unser Spektrometer für empfindliche Messungen, mit denen sich Änderungen von Gaskonzentrationen und der Verlauf von chemischen Reaktionen sehr genau beobachten lassen“, hielt Lukas Fürst, von der Arbeitsgruppe „Coherent Sensing“ und Erstautor der Publikation im Fachmagazin „Optica“, fest.
Formaldehydemissionen in unserem Alltag
Das Team hat das Spektrometer anhand von Formaldehyd entwickelt und getestet. Der Luftschadstoff entsteht beim Verbrennen von fossilen Brennstoffen und Holz ebenso in Innenräumen, beispielsweise durch Ausdünstungen von Klebstoffen in Möbeln. „Mit unserem neuen Spektrometer ließen sich Formaldehydemissionen in der Textil- oder holzverarbeitenden Industrie oder in Städten mit erhöhtem Smogaufkommen in Echtzeit überwachen und so der Schutz von Personal und Umwelt verbessern“, betonte die Grazer Experimentalphysikerin.
Das Spektrometer kann auch für die Messung anderer Luftschadstoffe wie Stickoxide und Ozon und weitere klimarelevante Spurengase erweitert werden. Dadurch erhofft sich das Forschungsteam neue Erkenntnisse über deren Wirken in der Atmosphäre und Chancen für die Umweltforschung. Darauf aufbauend ließen sich neue Strategien zur Verbesserung der Luftqualität ableiten.