MOE-Fellowship

Dr. Yvonne Heiner

Beiträge zur Entwicklung eines Diodenlaserspektrometers zum Nachweis von Benzen und seinen Derivaten in Autoabgasen

Gegenstand dieser Arbeit ist die Bestimmung pektroskopischer Parameter (Position, Breite und Stärke) von Absorptionslinien mehratomiger Molekülgase im mittleren Infrarotbereich mit einem im Impulsbetrieb arbeitenden Diodenlaserspektrometer. Entsprechend des zentralen Forschungsschwerpunktes der Arbeitsgruppe stehen die Messung von Druckverbreiterungs- und -verschiebungskoeffizienten sowie die Linienformanalyse im Mittelpunkt. Die für eine systematische Untersuchung der Quantenzahl-, Stoßpartner- und Temperaturabhängigkeit dieser Parameter notwendige Auflösung (= 500) konnte unter den gegebenen experimentellen Bedingungen nur durch die Anwendung geeigneter Verfahren zur Bearbeitung und Auswertung der Spektren erzielt werden, die hier vorgestellt werden.Die physikalischen Einflüsse des Spektrometers auf die gemessenen Spektren werden betrachtet, wobei insbesondere auf die nichtlineare Durchstimmung der Laserdioden eingegangen wird. Aufbauend auf frühere Arbeiten der Gruppe wird der Einfluß der Emissionslinienbreite des Lasers bzw. der Apparatefunktion des Spektrometers auf die gemessenen Verbreiterungskoeffizienten in Abhängigkeit von Form und Breite dieser Funktion bestimmt.Ein spezielles Softwarepaket zur Spektrenbearbeitung enthält u.a. neuentwickelte Algorithmen für die wellenzahlrichtige Akkumulation von Einzelspektren (als alternative Methode zu einer aktiven Stabilisierung der Emmissionswellenzahl) und die anschließende Berechnung eines Spektrums mit linearer Wellenzahlskala, die sowohl eine Verbesserung der Empfindlichkeit als auch der Auflösung auf die erforderlichen Werte ermöglichen. Die gleichzeitige Bearbeitung von Spektren aus bis zu vier (vorher zwei) simultan gemessenen Strahlengängen erlaubt erstmalig den Nachweis von Linienverschiebungen in der Größenordnung der Wellenzahlauflösung.Die nichtlineare Kurvenanpassung als allgemein zu favorisierende Auswertungsmethode gestattet selbst bei starker Überlagerung der Linien sowohl die Bestimmung aller spektroskopischen Parameter (einschließlich der direkten Anpassung von Verbreiterungskoeffizienten) als auch eine Analyse der Linienform. Die direkte Methode, die Autokorrelationsmethode und die Selbstentfaltung sind nur in Spezialfällen anwendbar; die Methode der Fourier-Transformation ist unter den gegebenen experimentellen Bedingungen ungeeignet.