Laserinduzierte photoakustische Spektroskopie als Sensorprinzip:
Anwendungen in der Prozess- und Umweltanalytik
Dissertation an der Technischen Universität München.
Tenea-Verlag für Medien, Berlin, 2003.
ISBN 3-86504-038-1
298 Seiten, 186 Abbildungen, 4 Farbabbildungen.
33.90 €
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| Photoakustische Spektroskopie (PAS) basiert auf der
Absorption elektromagnetischer Strahlung in einer Probe, die sich
infolgedessen lokal erwärmt. Aufgrund der thermischen Expansion
bilden sich akustische Wellen aus, die mit drucksensitiven
Detektoren erfasst werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit
wurden kurze Laserpulse (ca. 10 ns) zur Anregung von
Ultraschallpulsen in flüssigen und festen Proben eingesetzt. Die
Dissertation geht auf die theoretischen Grundlagen des
photoakustischen Effektes ein und beschreibt die Konstruktion und
Charakterisierung photoakustischer Sensoren und deren Anwendung in
verschiedenen Teilbereichen der Prozess- und
Umweltanalytik. Im Bereich flüssiger Proben ermöglicht PAS die Untersuchung stark absorbierender, optisch opaker und lichtstreuender Proben ohne Probenvorbereitung. Die Online-Prozesskontrolle hochkonzentrierter und opaker Flüssigkeiten mittels PAS wurde am Beispiel der Überwachung von Textilfärbeprozessen untersucht. Mit einer optimierten Detektionsgeometrie konnten durch Beprobung mit einem Laserpuls optische Transmission, photoakustisches Signal und Schallgeschwindigkeit der Flüssigkeit simultan bestimmt werden. Anhand des photoakustischen Signals lassen sich Farbstoffkonzentrationen von einigen mg/L bis zu etwa 30 g/L bestimmen, wogegen die optische Transmissionsmessung lediglich die Analyse schwach absorbierender bzw. verdünnter Proben ermöglicht. Bei der Untersuchung fester bzw. gelartiger Proben sind durch Laufzeitmessungen der erzeugten Druckpulse tiefenaufgelöste Messungen zugänglich. Dies wurde bei der erstmaligen Anwendung von PAS zum Monitoring bakterieller Biofilme ausgenutzt. Mittels PAS lassen sich Wachstums- und Ablösungsprozesse in Echtzeit verfolgen. Tiefenaufgelöste Messungen ermöglichen die Bestimmung der Schichtdicke mit einer Auflösung von etwa 10 µm sowie die Aufklärung von Ablösungsmechanismen und der Verteilung eingelagerter Partikel. Das Verfahren wurde zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Prozessparameter auf Struktur und Stabilität von Biofilmen sowie zur Bestimmung der Effizienz von Bioziden eingesetzt. |
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Titelbild "Licht und Schall" von Ulla Rauter. Ulla Rauter wurde 1980 geboren und ist seit 2003 Studentin an der Hochschule für Angewandte Kunst in Wien (Sudienrichtung: medienübergreifende Kunst). Sie hat sich beim Titelbild vom photoakustischen Effekt inspirieren lassen. Die Grafik stellt einen Laserstrahl dar, der eine akustische Kugelwelle erzeugt. |
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