TU Graz misst Luftschadstoffe jetzt auf Kilometer genau
An der TU Graz wurde ein mobiles Messgerät entwickelt, das Luftschadstoffe wie Formaldehyd extrem genau erkennt. Es passt in einen Umzugskarton und misst über bis zu zweieinhalb Kilometer.
Birgitta Schultze-Bernhardt hat mit ihrem Team am Institut für Experimentalphysik der TU Graz ein neues UV-Dualkamm-Spektrometer entwickelt. Damit lassen sich gasförmige Luftschadstoffe mit bisher unerreichter Genauigkeit und Empfindlichkeit nachweisen. Das Gerät misst innerhalb einer halben Sekunde die Konzentration schädlicher Gase wie Formaldehyd. Besonders daran: Es ist kompakt gebaut und kann auch mobil eingesetzt werden. So könnte es künftig etwa in Städten, Industriegebieten oder landwirtschaftlichen Regionen zur Überwachung der Luftqualität dienen.
Eigener Abdruck
Das Gerät arbeitet mit ultraviolettem Doppellaserlicht. Dieses Licht trifft auf Gasmoleküle und regt sie elektronisch an. Dabei beginnen sie zu rotieren und zu vibrieren. Jeder gasförmige Stoff reagiert dabei anders und verschluckt auf eigene Weise einen Teil des Laserlichts. „Jeder Luftschadstoff hat also seinen eigenen Fingerabdruck, den unser UV-Dualkamm-Spektrometer erkennt“, sagt Birgitta Schultze-Bernhardt.
Kleiner gebaut
Schon vor gut zwei Jahren hatte das Grazer Team eine erste Version dieses Spektrometers entwickelt. Damals war es weltweit das erste seiner Art, allerdings brauchte es noch große Aufbauten im Labor. Die neue Version ist nun auf die Größe eines Umzugskartons geschrumpft. Möglich wurde das unter anderem dadurch, dass jetzt nur noch eine statt zwei Laserquellen den Doppellaserimpuls erzeugt. „Dadurch können wir auch auf die aufwendige elektronische Stabilisierung des Systems verzichten“, erläutert Schultze-Bernhardt.
Alte Werte korrigiert
Bei Tests mit Formaldehyd konnten die Forschenden neue Erkenntnisse über die UV-Licht-Absorption des Schadstoffs gewinnen. Das Spektrometer erkennt Frequenzen des UV-Lichts mit einer Auflösung von 1 GHz und übertrifft damit herkömmliche UV-Spektrometer deutlich. „Wir haben Absorptionsmuster gemessen, die vorher noch nie experimentell beobachtet wurden, da die Auflösung bisheriger Geräte zu ungenau war“, sagt Birgitta Schultze-Bernhardt. Dadurch stellte sich auch heraus, dass Rotationskonstanten von Formaldehyd, die seit den 1960er-Jahren in Datenbanken und Lehrbüchern stehen, falsch waren. „In Zusammenarbeit mit dem Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Atomic and Molecular Physics in den USA haben wir die Werte dieser fundamentalen, molekülspezifischen Kenngröße um bis zu 15 Prozent korrigiert“, sagt Schultze-Bernhardt.
Für die Luft
Das Grazer Gerät soll nicht nur in der Grundlagenforschung helfen. Es hat auch das Potenzial, Messungen von Luftschadstoffen und Gaslecks in Städten und Industriegebieten einfacher und genauer zu machen. „Mit unserem Gerät lässt sich prinzipiell jede halbwegs durchsichtige, gasförmige Substanz genau detektieren. Und wir arbeiten derzeit daran, die Konzentration von mehreren Schadstoffen mit einer einzigen Messung zu bestimmen“, sagt Birgitta Schultze-Bernhardt. Gefördert wurde die Entwicklung unter anderem durch den Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF, den European Research Council und NAWI Graz.
