Laborspektroskopie



 MF-EXV-Labor mit Bruker IFS 125HR
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Laborspektroskopie atmosphärischer Spurengase vom fernen Infrarot bis ins UV

Die Fernerkundung der Atmosphäre wird vom Boden, Flugzeug, Ballon oder Satelliten durchgeführt, während die spektroskopische Datenbasis gewöhnlich durch Laborexperimente gemessen wird. Die Datenbasis ist unverzichtbar, um aus den charakteristischen spektralen Signaturen, die durch die Fernerkundung gewonnen werden, die Verteilung der Spurengase zu ermitteln. Die spektroskopische Datenbasis (z.B. HITRAN, SAO, JPL) der Linienparameter beinhaltet z.B. Linienpositionen, Linienstärken, Druckverbreiterungsparameter und Absorptionsquerschnitte.

Präzisions-Intensitätsmessungen

Die Erweiterung der spektroskopischen Datenbasis atmosphärischer Spurengase erfordert die genaue Messung von spektralen Intensitäten und Linienformen. Während sich Linienpositionen aus Fourier-Transform (FT)-Spektren einfach und genau ermitteln lassen, sind Linienintensitäten durch zahlreiche systematische Fehlerquellen verfälscht. Diese Fehlerquellen müssen charakterisiert und minimiert werden. Leider ist ein Linienintensitätsstandard im mittleren Infrarot (MIR) nicht verfügbar. Jedoch lassen sich Linienstärken genau berechnen, und damit auch Linienintensitäten im Falle von reinen Rotationsübergängen, die im fernen Infrarot (FIR) beobachtet werden können. Daher ermöglicht die FT-Messung reiner Rotationsübergänge die Untersuchung und Quantifizierung systematischer Fehlerquellen. Somit gelang es erstmalig, Linienstärken mit einer spezifizierten Genauigkeit besser als 1% zu bestimmen. Momentan wird das Linienmodell erweitert, um Linienformen mit einer Genauigkeit bis zu 0,1% zu erhalten.

Laborspektrometer

Das FT Laborspektrometer am IMF ist ein kommerzielles, hochauflösendes Bruker IFS 125 HR, das den Spektralbereich von 10 bis 50000 cm-1 bei einem maximalen Auflösungsvermögen von 0,001 cm-1 (30 MHz) abdeckt. Das Gerät kann evakuiert werden, um Absorption von Strahlung durch Wasserdampf und Kohlendioxid zu vermeiden. Das Spektrometer ist mit einer Reihe ausgereifter Absorptionszellen mit 0,15 bis 0,5 m Länge ausgestattet, die Temperaturen zwischen 200 und 1000 K abdecken. Mehrere Detektoren erlauben Messungen vom FIR- bis in den UV-Bereich. Im MIR wurde die Detektoroptik optimiert und damit eine um den Faktor 10 verbesserte Empfindlichkeit gegenüber käuflichen Detektoren erzielt.

Gaszellen

Bei den Labormessungen kommen folgende, speziell entwickelte Gaszellen zum Einsatz:

  • Multireflexionszelle (bis zu 100 m Absorptionsstrecke, Temperaturbereich 200-330 K)
  • kühlbare Zelle (0,2 m, 190-330 K). Durch innovatives Design besteht die Möglichkeit zur Messung verschiedener Spektralbereiche ohne Tausch der verbauten Fenster
  • heizbare Zelle (0,16 m, 300-1000 K)

Technische Details der Laborinfrastruktur können der Broschüre entnommen werden.


Kontakt
Dr.rer.nat. Manfred Birk
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)

Institut für Methodik der Fernerkundung
, Experimentelle Verfahren
Tel: +49 8153 28-3084

Fax: +49 8153 28-1337

E-Mail: Manfred.Birk@dlr.de
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Links zu diesem Artikel
http://www.brukeroptics.com/home.html
http://www.cfa.harvard.edu/hitran
http://www.cfa.harvard.edu/about/sao.html
http://spec.jpl.nasa.gov/
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