Die TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) ist heute eine wissenschaftlich und industriell anerkannte Messtechnik zur Konzentrationsbestimmung von Molekülen. Das Verfahren ist kalibrierbar und erlaubt sowohl einen sehr empfindlichen Nachweis als auch einen Nachweis mit großem Dynamikbereich. Aufgrund der geringen Laserlinienbreiten lassen sich auch Zusatzinformationen wie Temperatur und Druck der gemessenen Spezies ableiten. Die Skizze eines allgemeinen Versuchsaufbaus der Absorptionsspektroskopie mit durchstimmbaren Laserdioden ist in Abbildung 1 dargestellt. Mit den spektroskopischen Systemen von LASER COMPONENTS lassen sich verschiedene Konfigurationen realisieren.
Abbildung 1: Schematischer Versuchsaufbau - Absorptionsspektroskopie
Rote Unterlegung: bei LASER COMPONENTS erhältlich
Die höchsten Empfindlichkeiten, wie sie bei der Suche nach Spurengasen im ppb-Bereich gebraucht werden, werden mit der Methode der derivativen Spektroskopie erzielt. Obwohl die Methode nicht neu ist, wird sie in zu wenigen Laboren genutzt. Warum? Vielleicht ist sie einfach zu unbekannt? Wir möchten darum stichwortartig das Derivativprinzip ins Gedächtnis zurückrufen: Neben dem Laserdiodencontroller werden ein Lock-In-Verstärker und ein Computer eingesetzt. Auf den Gleichstrom der Laserdiode wird ein Modulationsstrom mit Amplituden im %-Bereich addiert. Dazu dient das Modulationsmodul des hauseigenen Controllers L5830 (Abbildung 2). Es ist hierfür keine zusätzliche externe Frequenzgeneration notwendig.
Vielleicht liegt ein Grund für die noch zu geringe Verbreitung der Derivativmethode darin, dass die meisten Laserdiodencontroller diese Frequenzgeneration nicht integriert haben und die derivative Methode darum nicht intuitiv ist.
Die phasenempfindliche Detektion wird auf die Referenz eingestellt und das Signal vom Computer ausgelesen. Mit einer Reihe von Arbeitsströmen an der Laserdiode, die möglichst kleine Schrittweiten haben, kann nun das Profil der Absorptionslinie aufgenommen werden. Unter der Verwendung einer Taylor-Reihenentwicklung lässt sich ein Zusammenhang des detektierten Signals und den mathematischen Ableitungen darstellen. Damit stellen sich die Absorptionslinien wie in Abbildung 3 dar.
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| Abbildung 3: Derivativ gemessene Absorptionslinie | Direkt gemessene Absorptionslinie |
