Spektroskopie mit abstimmbarem Diodenlaser (TDL)

Messprinzip und Fähigkeiten

Die abstimmbare Diodenlaser-Spektroskopie (Tunable Diode Laser (TDL)) ist eine hochempfindliche Analysetechnik, die auf der Wechselwirkung von Laserlicht mit Molekülen beruht, um deren Konzentration in einer Probe zu messen.
Die Schlüsselkomponente ist ein Diodenlaser, dessen Emissionswellenlänge über einen Bereich spezifischer Frequenzen präzise gesteuert (abgestimmt) werden kann. Die TDL-Spektroskopie nutzt das Prinzip der Absorptionsspektroskopie, bei der Moleküle Licht bei charakteristischen Wellenlängen absorbieren.

Bei der TDL-Spektroskopie emittiert der Laser Licht mit einer Wellenlänge, die einer Absorptionslinie des Zielmoleküls entspricht. Die Probe wird diesem Laserlicht ausgesetzt und die absorbierte Lichtmenge wird gemessen. Durch die Abstimmung des Lasers auf verschiedene Wellenlängen und die Beobachtung der entsprechenden Absorption kann die TDL-Spektroskopie detaillierte Informationen über die Konzentration und Identität bestimmter Moleküle in einer Gasphase oder sogar in einigen Flüssigkeiten liefern.

Messaufgaben / Anwendungsfelder

1. Gasanalyse: TDL-Spektroskopie wird in verschiedenen Branchen häufig zur Gasanalyse eingesetzt. Es wird in der Umweltüberwachung eingesetzt, um Schadstoffe wie Methan, Kohlendioxid und Ammoniak zu messen. In industriellen Umgebungen trägt es zur Sicherstellung der Produktqualität bei, indem es die Gaskonzentrationen während des Herstellungsprozesses überwacht.
2. Atmosphärenforschung: Die TDL-Spektroskopie spielt eine entscheidende Rolle in der Atmosphärenforschung und ermöglicht den Nachweis und die Quantifizierung von Spurengasen in der Erdatmosphäre. Diese Informationen sind für Klimastudien und die Überwachung der Luftqualität unerlässlich.
3. Industrielle Sicherheit: TDL-Spektroskopie wird zur Erkennung gefährlicher Gase wie Schwefelwasserstoff und Kohlenwasserstoffe in Industrieumgebungen eingesetzt, um die Sicherheit der Arbeitnehmer zu gewährleisten.
4. Pharmazeutische Herstellung: TDL-Spektroskopie wird zur Überwachung von Gaskonzentrationen während pharmazeutischer Herstellungsprozesse eingesetzt und trägt dazu bei, die Produktqualität und die Einhaltung gesetzlicher Standards aufrechtzuerhalten.
5. Medizinische Diagnostik: In der medizinischen Diagnostik wird die TDL-Spektroskopie zur Atemanalyse eingesetzt, um Marker für Krankheiten oder Stoffwechselstörungen zu erkennen.

Typische Probleme und Lösungen

• Kalibrierung: Eine genaue Kalibrierung von TDL-Spektrometern ist entscheidend für präzise Konzentrationsmessungen. Eine Kalibrierung mit bekannten Gasstandards ist unerlässlich.
• Abstimmbarkeit des Lasers: Die Gewährleistung der Stabilität und präzisen Abstimmbarkeit des Lasers über einen weiten Wellenlängenbereich ist für zuverlässige Messungen von entscheidender Bedeutung.
• Probenhandhabung: Eine ordnungsgemäße Handhabung des Probengases ist erforderlich, um Kontaminationen zu vermeiden und repräsentative Messungen sicherzustellen.
• Störungen: Störungen durch andere Gase oder Hintergrundsignale können die Messgenauigkeit beeinträchtigen. Fortschrittliche Datenverarbeitung und Referenzmessungen können dabei helfen, Störungen zu mindern.
• Wartung: Zur Aufrechterhaltung der Leistung ist eine regelmäßige Wartung des TDL-Systems, einschließlich der Laserquelle und der Optik, erforderlich.

Weiterführende Informationen

• Hanson, R. K. & McDaniel, J. G. (2005). „Abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie: Anwendungen in der Verbrennungsdiagnostik.“ CRC-Presse.
• Reid, M. (2013). „Abstimmbare Diodenlaserspektroskopie.“ In P. R. Griffiths & J. A. De Haseth (Hrsg.), „Fourier Transform Infrarot Spectrometry“ (S. 495-545). John Wiley & Söhne.
• Stedman, D. H. (2004). „TDL-Sensoren für In-situ-Messungen von Gasen.“ Sensoren und Aktoren B: Chemie, 100(1-2), 35-43.