Inhalt:

 

1. Mitarbeiter / Kontakt

2. Förderung

3. Timeline aktueller und abgeschlossener Aufgabenpakete

4. Videos

5. Motivation / Ausblick

6. Das Funktionsprinzip

7. Funktionsskizze

 

 

Mitarbeiter / Kontakt:

 

Dipl.-Chem. (Univ.) Thomas Rück

Dipl.-Ing. (FH) Ferdinand Landgraf

Stefan Weigl

Andreas Zagler

Maximilian Ade

Markus Bodensteiner

Qi Zhou

Peter Gaida

David Wittenstein

 


 

 

Förderung:

 

 

Förderprojekt: µPASII     

 

Fördergeldgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)

 

Koordination: Projektträger Jülich (PTJ)

 

Förderzeitraum: August 2015 bis August 2018

 

 PtJ_logo_RGB_SZ                    uPAS_LOGO              BMWi neu 2014

 

 

 


 

 

Timeline aktueller und abgeschlossener Aufgabenpakete:

 

 

 

 

Videos:

 

Photoakustischer Messaufbau                              PAS Demonstrator

 


 

Motivation / Ausblick:

 

Im Rahmen des Projektes soll ein Multigas- und Partikelsensor entwickelt werden, der beispielsweise im Bereich der Umweltanalytik zur Detektion verschiedener Luftschadstoffe Verwendung finden könnte.

 

Mit der Ausnutzung des photoakustischen Effekts und der Miniaturisierung des eigentlichen Sensorelements zielen wir auf ein robustes und vergleichsweise preiswertes System zur Detektion niederkonzentrierter Schadstoffe ab. Auf dem optoakustischen Prinzip basierende Messsysteme in der Literatur weisen typischerweise Detektionslimits von einigen ppb (parts per billion 10-9) auf. Die Photoakustische Spektroskopie (PAS) bietet sich hinsichtlich dieser Anforderungen an, da zur Konzentrationsbestimmung unterschiedlicher Komponenten lediglich die Lichtquelle variiert werden muss, wohingegen das Sensorelement sowie die Elektronik von der Art und Beschaffenheit des Analyten unabhängig sind.

 

Verglichen mit der geläufigeren rein optischen Absorptionsspektroskopie bietet die PAS den Vorteil, dass sie ein direktes Messverfahren darstellt, weswegen auf lange Absorptionspfade oder komplexe Spiegelsysteme verzichtet werden kann.

 


 

Das Funktionsprinzip:

 

Obwohl der photoakustische Effekt bereits im Jahre 1881 von A. G. Bell entdeckt und untersucht wurde, geriet er mangels geeigneter Lichtquellen, Elektronik und Detektoren bis Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts in Vergessenheit.


Die photoakustische Spektroskopie (PAS) beruht wie alle photothermalen Techniken auf einer Photonenanregung des Analyten und anschließender Detektion einer Temperaturänderung bzw. der Änderung einer anderen thermodynamischen Größe, die ihrerseits mit der Temperatur korreliert.

 

Funktionsskizze Photoakustik

 

Bei der PAS werden durch Absorption elektromagnetischer Wellen direkt oder indirekt Molekülschwingungen initiiert, welche über inelastische Stöße mit umgebenden Molekülen in einer lokalen Wärmeproduktion innerhalb des Mediums resultieren. Wird die Lichtquelle elektronisch oder mechanisch, durch Verwendung eines Choppers, moduliert, erfolgt dieser Wärmeeintrag in das System periodisch und kann als Schallwelle detektiert werden. Durch die Wahl der Modulationsfrequenz wird somit die Frequenz des periodischen Drucksignals festgelegt.

Die Amplitude des Messsignals ist direkt proportional zur Konzentration des Analyten.

 

 

Formel PA Signal

|p|: Druckamplitude, N: Teilchenzahl des Analyten, σ: Absorptionsquerschnitt,
I0: Eingangsintensität, γ: thermischer Volumenausdehnungskoeffizient,
Cp: Isobare Wärmekapazität, Z: Zellkonstante

 

 


 

Funktionsskizze:

 

Funktionszeichnung PAS

 

 


 

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