Laserinduzierte Fluoreszenz für die PAK-Bestimmung

In der letzten Dekade entwickelte unser Team unterschiedliche Varianten an transportablen UV-Laserfluorimetern mit faseroptischen Sensoren für Bereiche wie Umweltanalytik und Prozessmesstechnik.

Als Anregungslichtquelle werden dabei frequenzkonvertierte, diodengepumpte Nd:YAG-Laser mit einer gepulsten Emission bei 266 nm eingesetzt. Diese UV-Wellenlänge eignet sich gut zur Anregung von Monoaromaten, PAK-Molekülen, aber auch Huminstoffen, aromatischen Aminosäuren (z. B. Thyrosin und Tryptophan) und Proteinen. 

 

Mittels eines Lichtwellenleiters aus Quarz wird der Anregungslaserpuls flexibel zum Messort geführt, wo die Fluoreszenzanregung erfolgt. Im faseroptischen Sensorkopf sind weitere Lichtwellenleiter angeordnet die das emittierte Fluoreszenzlicht effizient und, bedingt durch eine spezielle Fasergeometrie, streulicht-minimiert aufnehmen und zur Detektionseinheit leiten.

Bezüglich der Detektionseinheit wurden mehrere Systemvarianten realisiert:

 

Zeitsequenzielle, lebensdaueraufgelöste Detektion: 
Das Fluoreszenzlicht wird mit einem Polychromator spektral zerlegt und die Spektren zeitversetzt zum Anregungspuls mit einer gegateten, intensivierten CCD-Kamera aufgenommen. Hieraus rekonstruiert die Spektrometersoftware ein Emissions-Abkling-Spektrum. 

Wellenlängensequenzielle, lebensdaueraufgelöste Detektion: 
Mit einem Monochromator wird eine Wellenlänge ausgewählt, bei der mittels zeitkorreliertem Einzelphotonenzählen eine zeitlich hoch aufgelöste Fluoreszenzabklingkurve detektiert wird. Aus vielen Abklingkurven wird dann in der Spektrometersoftware ein Emissions-Abkling-Spektrum rekonstruiert.

Integrale Fluoreszenzdetektion: 
Durch Einsatz eines Dioden- oder CCD-Zeilen-Spektrometers lässt sich ein Fluoreszenzemissionsspektrum gewinnen. Dieser Aufbau findet seinen Einsatz bei Anwendungen in denen die Fluoreszenzabklingzeit kürzer als die Apparatefunktion ist.

Die Steuerung aller Systemvarianten erfolgt auf Basis einer selbst entwickelten Spektrometersoftware. Diese ermöglicht auch eine qualitative und quantitative Datenauswertung, die von der einfachen linearen Einkomponentenkorrelation, über Abklingzeitenanalyse bis zur komplexen Multikomponentenanalyse mittels chemometrischer Verfahren reicht. 

Für Machbarkeitsuntersuchungen stehen die Laserfluorimeter für Interessenten zur Verfügung.
 

Weiterführende Informationen: 

F. Lewitzka, M. Niederkrüger, G. Marowsky:
„Application of Two-Dimensional LIF for the Analysis of Aromatic Molecules in water”, in P. Hering, J.P. Lay, S. Strey (Editors): „Laser in Environmental and Life Sciences”, 141-161, Springer Verlag, Berlin, 2003. 

P. Karlitschek, F. Lewitzka, U. Bünting, M. Niederkrüger, G. Marowsky:
„Detection of aromatic pollutants in the environment using UV-laser-induced fluorescence“, Appl. Phys. B 67, 497-504, 1998. 

Förderung: 

DBU-Förderung „Entwicklung eines Laserfluorimeters zum Nachweis von organischen Schadstoffen in Wasser“ (1994-1996, Förderkennzeichen 01989) 

BMBF-Förderprogramm Mikrosystemtechnik „BTXE und PAK Sensor“ (1996-1999, Förderkennzeichen 16SV558/0) 

BMBF-Förderprogramm Mikrosystemtechnik „BTXE und PAK Sensor II“ (1999-2003, Förderkennzeichen 16SV1112/5)

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Laser-Laboratorium Göttingen e.V. (LLG)

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"Photonische Sensorik"

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