Das Projekt "Entwicklung eines Photoakustischen Sensorsystems zur Messung von Russaerosolen in der Atmosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie und Lehrstuhl für Hydrogeologie, Hydrochemie und Umweltanalytik durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Messsystems zur Bestimmung der Russkonzentration in der Atmosphaere mittels der photoakustischen Spektroskopie. Aufbauend auf bisherige Untersuchungen werden eine Nachweisgrenze von unter 0,5 pg m-3 fuer Kohlenstoff sowie eine Zeitaufloesung unter 20s fuer Realmessungen angestrebt. Primaeres Ziel ist es dabei, eine standortunabhaengige Kalibration zu erreichen, indem die Unsicherheiten filterbasierter Methoden durch die direkte Messung am stroemenden Aerosol vermieden werden.
Das Projekt "Isotopenselektiver Sensor für kurzkettige Kohlenwasserstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg, Department Maschinenbau und Produktion M+P durchgeführt. Die Messung von Kohlenwasserstoffkonzentrationen und deren isotopische Zusammensetzung ist essentiell für viele Applikationen von der medizinischen Diagnostik und Umweltforschung bis hin zur Erdgasexploration. Die Messung von Methan Isotopenverhältnis (13CH4:12CH4) ist für das Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs der Erde sehr wichtig. Während der Beitrag anthropogener fossiler Energieträger um die 8 Gigatonnen atmosphärischen Kohlenstoff pro Jahr umfasst (GtC/Jahr), repräsentiert der arktische Permafrostboden mindestens 600 GtC und der Ozean über 11000 GtC. Die Freisetzung eines geringen Bruchteils vom Permafrostboden oder des Ozeans durch Erwärmung der polaren Troposphäre kann zu schwerwiegenden klimatischen Effekten führen. Die isotopische Signatur von Methan erlaubt die Rückverfolgung des Ausflusses zu seinen verschiedenen ökologischen und anthropogenen Quellen. Das Mischverhältnis von nicht-Methan-Kohlenwasserstoffen (NMHC) sind hilfreiche Indikatoren von atmosphärischen Oxidations- und Transportprozessen auf regionaler bis hin zur globalen Ebene. Obwohl die Anzahl der Studien von NMHC-Isotopologen noch sehr begrenzt ist, kann die Messung davon zusätzliche Einblicke in die Quellen, Senken und Verteilung in der Atmosphäre liefern und ermöglicht einem das photochemische Alter der einzelnen Kohlenwasserstoffe abzuschätzen. Insgesamt sind diese Informationen sehr wichtig um atmosphärische Modelle zu verifizieren und zu verbessern. Stand der Technik für die Messung von Kohlenstoffisotopen der vergangen 30 Jahre ist die Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie (IRMS). Die Messmethode ist sehr präzise, aber zugleich arbeitsaufwendig, teuer und wird typischerweise in einem Labor durchgeführt, wodurch Feldmessungen in Echtzeit unmöglich werden. IRMS ist außerdem indirekt, da der Kohlenwasserstoff in einem Verbrennungsprozess zuerst in CO2 umgewandelt werden muss und dieser dann für das 13C-Verhältnis analysiert wird. Das Ziel dieses Projektes besteht in der Entwicklung eines optischen Sensors, welches die direkte isotopenselektive Messung von kurzkettigen Kohlenwasserstoffen erlaubt. Als mögliches neues Analysegerät soll ein Diodenlaser auf Halbleiterbasis eingesetzt werden. Diese Emissionsquellen erlauben unter Raumtemperatur-Betrieb kontinuierliche Strahlung zwischen 3,0 Mikro m und 3,5 Mikro m. Diese spektrale Region beinhaltet die stärksten Absorptionslinien von Kohlenwasserstoffen. Der Laser ist kompakt, einfach in der Handhabung und seine optische Rückkopplung erlaubt kontinuierliches und modensprungfreies Durchstimmen bei einer spektralen Linienbreite kleiner als 10 MHz. Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften wird die photoakustische Spektroskopie (PAS) verwendet. Dieses Messverfahren basiert auf Absorption von modulierter Strahlung und die dadurch hervorgerufene Erzeugung einer Schallwelle. Als eine offsetfreie Technik ermöglicht diese eine sehr hohe Nachweisempfindlichkeit. Messungen sollen an Methan, Ethan und Propan durchgeführt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Abstimmbare Infrarot-Laserquelle für die photoakustische Spektroskopie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik durchgeführt. Ziel des Gesamtverbundvorhabens ist die Bereitstellung eines echtzeitfähigen Multigassensors, zur Bestimmung der Zusammensetzung von Biogasen. Das Prinzip dieses Sensors beruht auf photoakustischen Messmethoden, wobei zur Anregung der jeweiligen Absorptionslinien eine Laserquelle eingesetzt wird. Das Ziel des IAF im entsprechenden Teilvorhaben ist die Bereitstellung einer auf Quantenkaskadenlasern (QCL) basierenden Lichtquelle, die über einen weiten Spektralbereich abstimmbar ist, um so die Multikomponentenfähigkeit des Sensorsystems zu ermöglichen und dabei gleichzeitig eine für die photoakustische Spektroskopie genügend schmale Linienbreite aufweist. Die wesentlichen Arbeitspunkte des IAF sind das Bereitstellen von Quantenkaskadenlaserchips sowie einer hierauf basierenden spektral durchstimmbaren Laserquelle. In der ersten Projektphase wird dazu nach den in AP 1 definierten Wellenlängen, die für die Detektion der Biogaszusammensetzung notwendig sind, zunächst das quantenmechanische Design der Laserstruktur festgelegt. Hierauf basierend werden in AP 3.1 QCL Strukturen mittels Molekularstrahlepitaxie gewachsen und im weiteren Verlauf des Projektes in Chips prozessiert. In der zweiten Projektphase wird ab Q4 mit den in AP 3.1 hergestellten QCL Chips ein spektral durchstimmbares EC-QCL Modul aufgebaut und für den Einsatz in der Anwendung evaluiert. Die Hauptarbeitspunkte hier sind die Erstellung und technische Umsetzung eines geeigneten Resonatorkonzeptes, das eine breite spektrale Durchstimmbarkeit von mehr als 350 cm-1 erlaubt und dabei gleichzeitig eine genügend hohe spektrale Auflösung für den Einsatz in der photoakustischen Spektroskopie garantiert.
Das Projekt "Aufklärung von Heterogenitäten in Biofilmen mittels photoakustischer Spektroskopie (PAS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie, Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie durchgeführt. Unter einem Biofilm versteht man die Aggregation von Mikroorganismen an einer Oberfläche, die in eine Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) eingebettet sind. Biofilme sind in der Natur weit verbreitet (Boden, Gewässer) und werden im Rahmen der biologischen Abwassserreinigung zum Abbau organischer Wasserinhaltsstoffe eingesetzt. Neben der Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen haben insbesondere Stofftransport, Biofilmwachstum und -ablösung einen entscheidenden Einfluß auf die Effektivität des Prozesses. Schichtdicke und Stabilität des Biofilms werden von einer Vielzahl an Prozeßbedingungen (pH, Temperatur, Strömungsbedingungen, Zusammensetzung von Nährmedium und Abwasser) beeinflußt. Da jedoch bisher keine geeignete On-line-Analytik zur Verfügung stand, konnten die Auswirkungen verschiedener Parameter auf den Biofilm nicht ausreichend untersucht werden. Ein im Rahmen des von der DFG geförderten SFB 411 entwickeltes photoakustisches Sensorsystem soll nunmehr zur simultanen Überwachung von Biofilmen an drei Stellen in einem Reaktor eingesetzt werden. Der Einfluß variierendener Prozeßparameter auf Architektur und Stabilität soll untersucht werden, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf Partikelinkorporation und Flockenabriss liegt. Die Ergebnisse des beantragten Projekts könnten einen wesentlichen Beitrag leisten, um die Prozeßsteuerung bezüglich der Biofilmablösung zu verbessern.
Das Projekt "Untersuchung des Einflusses der organischen Grubenwasserinhaltsstoffe auf den Valenzzustand ausgewaehlter Radionuklide und Schwermetalle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Roßendorf e.V., Institut für Radiochemie durchgeführt. Das Projekt besteht in der Untersuchung des Redoxverhaltens von Komplexverbindungen uranbergbautypischer radioaktiver und toxischer Schwermetalle mit organischen Polyelektrolyten, wie Huminsaeuren Lignin- und Zelluloseabbauprodukten, mit dem Ziel, die Vorgaenge der weiteren Umwandlung solcher Komplexe in waessrigen Medien infolge von Redoxreaktionen aufzuklaeren. Zur Aufklaerung der Redoxreaktionen der Polyelektrolytkomplexe werden laserspektroskopische Methoden (TRLFS, LIPAS) und elektrochemische Verfahren (Potentiometrie, Polarographie, Voltammetrie) eingesetzt. Die Ergebnisse sollen beitragen, das Ausbreitungsverhalten im Umfeld der Bergbaualtlasten detaillierter zu beschreiben, insbesondere den Anteil der reduktiven Ausscheidung (Immobilisierung) zu ermitteln.
Das Projekt "Tiefenaufgelöste Analytik von Biofilmen mittels Photoakustischer Spektroskopie (PAS) zur Untersuchung von Flockenabriss und Kolloidinkorporation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie und Lehrstuhl für Hydrogeologie, Hydrochemie und Umweltanalytik durchgeführt. Unter einem Biofilm versteht man die Aggregation von Mikroorganismen an einer Oberfläche, die in eine Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) eingebettet sind. Biofilme sind in der Natur weit verbreitet (Boden, Gewässer) und werden im Rahmen der biologischen Abwassserreinigung zum Abbau organischer Wasserinhaltsstoffe eingesetzt. Neben der Stoffwechselaktivität der Mikroorganismen haben insbesondere Stofftransport, Biofilmwachstum und -ablösung einen entscheidenden Einfluß auf die Effektivität des Prozesses. Schichtdicke und Stabilität des Biofilms werden von einer Vielzahl an Prozeßbedingungen (pH, Temperatur, Strömungsbedingungen, Zusammensetzung von Nährmedium und Abwasser) beeinflußt. Da jedoch bisher keine geeignete On-line-Analytik zur Verfügung stand, konnten die Auswirkungen verschiedener Parameter auf den Biofilm nicht ausreichend untersucht werden. Ein im Rahmen des von der DFG geförderten SFB 411 entwickeltes photoakustisches Sensorsystem soll nunmehr zur simultanen Überwachung von Biofilmen an drei Stellen in einem Reaktor eingesetzt werden. Der Einfluß variierendener Prozeßparameter auf Architektur und Stabilität soll untersucht werden, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf Partikelinkorporation und Flockenabriss liegt. Die Ergebnisse des beantragten Projekts könnten einen wesentlichen Beitrag leisten, um die Prozeßsteuerung bezüglich der Biofilmablösung zu verbessern.
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