Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuartige Multireflexionszelle liefert präzisere Erkenntnisse zur Erdatmosphäre

26.11.2010
Chemische Prozesse in der Erdatmosphäre haben entscheidende Auswirkungen auf Wetter und Klima. Für zuverlässige Prognosen werden daher möglichst präzise Informationen darüber benötigt, aus welchen Gasen sich die Luft zusammensetzt, welche Schadstoff- Partikel darin enthalten sind und welche chemischen Reaktionen in verschiedenen Schichten der Atmosphäre ablaufen.

Mit diesen Fragen befasst sich an der Universität Bayreuth die Forschungsstelle für Atmosphärische Chemie. Im Mittelpunkt des Interesses stehen dabei Aerosole, d.h. feste oder flüssige Partikel, die sich in der Luft verteilen und nur einen Durchmesser von rund 100 Nanometern haben.


Die neuartige Multireflexionszelle: Eine Entwicklung der Forschungsstelle für
Atmosphärische Chemie der Universität Bayreuth

Solche Gemische aus Luft und winzigen Partikeln entstehen täglich in der Troposphäre, der untersten Schicht der Erdatmosphäre. In der Bayreuther Forschungsstelle können sie mithilfe von Aerosolkammern künstlich erzeugt werden. Die in diesen Gemischen ablaufenden chemischen Reaktionen und die daraus resultierenden Stoffe lassen sich hier mit hoher Genauigkeit bestimmen. So wird es möglich, die komplexen Vorgänge in der Atmosphäre besser zu verstehen.

Eine besondere Herausforderung für derartige Untersuchungen ist die Tatsache, dass die winzigen Aerosol-Partikel oft nur in einer sehr geringen Konzentration in der Luft verbreitet sind. Dies gilt auch für die künstlich erzeugten Gemische, die den realen Verhältnissen in der Troposphäre möglichst nahekommen sollen. Deshalb werden spezielle Verfahren der Infrarot-Spektroskopie eingesetzt, die in der Lage sind, die Partikel aufzuspüren und chemisch zu identifizieren. Wenn ein Lichtstrahl ein Aerosol-Luftgemisch durchläuft, liefert die Weise, wie er dabei absorbiert wird, wichtige Hinweise auf die Zusammensetzung des Gemisches und die darin ablaufenden Reaktionen. Diese Informationen können umso präziser sein, je länger die Strecke ist, die der Lichtstrahl zurücklegt. Mit einer neuen technischen Entwicklung ist es einem Forschungsteam um Dipl.-Ing. Johannes Ofner und Heinz-Ulrich Krüger nun gelungen, auf einfache Weise eine Weglänge des Lichtstrahls zu erzeugen, die sich mit bisherigen Messapparaturen so nicht erreichen ließ. Es handelt sich um eine neuartige kreisförmige Multireflexionszelle, die den Lichtstrahl in ihrem Zentrum bündelt und hier eine hohe Lichtintensität bewirkt. Von ihren Bayreuther Erfindern ist sie kürzlich in der Zeitschrift „Applied Optics“ vorgestellt worden.

Das Zentrum der Zelle ist ein Innenraum, der von einem kreisrunden Ring aus Aluminium eingefasst ist. Um optimale Bedingungen für die Lichtreflexion zu herzustellen, ist die innere Oberfläche des Ringes optisch poliert und gewölbt; die Wölbung entspricht dabei exakt einer Kugeloberfläche. In dem Ring befinden sich zwei winzige Löcher, durch den der Lichtstrahl ein- und austreten kann. Das optische System außerhalb der Zelle macht es möglich, die Richtung des Strahles und die Weglänge exakt zu justieren. Die Pointe der gesamten Konstruktion besteht darin, dass der Lichtstrahl infolge zielgenau gesteuerter Reflexionen den Hohlraum mehrfach durchläuft. Die dabei zurückgelegte Wegstrecke ist weitaus einfacher herzustellen als mit bisherigen, mehr Raum beanspruchenden Multireflexionszellen. Und sie lässt sich, was ein weiterer Vorteil ist, von außen wesentlich einfacher justieren – eben dadurch, dass die Reflexionspunkte sowie die Eintritts- und Reflexionswinkel exakt festgelegt werden.

Die neuartige Multireflexionszelle ist Teil einer Versuchsanordnung, in der ein Aerosolströmungsreaktor mit einem Infrarotspektrometer verkoppelt wird. „In unserer Forschungsstelle können wir jetzt ohne höheren technischen oder finanziellen Aufwand die Aerosolbildung in der Atmosphäre mit einer sehr hohen Präzision untersuchen. So gewinnen wir neue Erkenntnisse über die Auswirkungen von Industrieabgasen, aber auch von natürlichen Emissionen,“ erklärt Ofner. Und der Leiter der Forschungsstelle für Atmosphärische Chemie, Professor Cornelius Zetzsch, ergänzt: „Bereits seit 2004 nehmen wir an dem von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekt EUROCHAMP teil. Darin kooperieren 14 Hochschulen und Forschungsinstitute, die über Simulationskammern zur Untersuchung atmosphärischer Prozesse verfügen. Mit unserer hochleistungsfähigen Infrastruktur unterstützen wir diesen europäischen Verbund. Die neue Multireflexionszelle beweist, dass intelligente technische Innovationen – auch wenn sie scheinbar klein und unspektakulär sind – die Forschung erheblich voranbringen können.“

Veröffentlichung:
Johannes Ofner, Heinz-Ulrich Krüger, and Cornelius Zetzsch,
Circular multireflection cell for optical spectroscopy,
In: Applied Optics, Vol. 49, No. 26, pp. 5001 – 5004, DOI: 10.1364/AO.49.005001
Kontaktadresse für weitere Informationen:
Dipl.-Ing. Johannes Ofner
Forschungstelle für Atmosphärische Chemie der Universität Bayreuth
Dr.-Hans-Frisch-Str. 1-3, D-95448 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55-5772 / E-Mail: johannes.ofner@uni-bayreuth.de
Dipl.-Ing. Johannes Ofner (li.) und Prof. Dr. Cornelius Zetzsch
in der Forschungsstelle für Atmosphärische Chemie

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de/blick-in-die-forschung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen
26.04.2017 | Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.

nachricht Flechten aus dem Bernsteinwald
25.04.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie