Differenzielle optische Absorptionsspektroskopie

Die differenzielle optische Absorptionsspektroskopie (kurz DOAS) ist eine in der Umweltüberwachung verwendete physikalisch-chemische Fernerkundungsmethode, mit der sich Spuren chemischer Verbindungen qualitativ und quantitativ nachweisen lassen. Die DOAS wird zur Analyse atmosphärischer Spurenstoffe verwendet. Mit ihr lässt sich beispielsweise die Ozonkonzentration in der Erdatmosphäre messen.

Die DOAS basiert auf der frequenz- bzw. wellenlängenabhängigen Absorption von Licht in gasförmiger Materie. Das Licht kann hierbei von einer künstlichen Quelle wie einer Hochdruckentladungslampe oder einer natürlichen, extraterrestrischen Quelle wie der Sonne stammen. Da die Lichtabsorption in der Atmosphäre gering ist, wird zur Messung von Spurengasen eine ausreichend große Wegstrecke in der Atmosphäre zwischen Lichtquelle und Spektrometer benötigt (ca. 100 m bis mehrere km). Wird das gestreute Sonnenlicht als Lichtquelle verwendet, so wird die Absorption in der gesamten Atmosphäre erfasst. Es kann je nach Gas eine Empfindlichkeit im ppb bis ppt (10^-12)-Bereich erreicht werden.

Im Gegensatz zu anderen Methoden der Absorptionsspektroskopie wird bei der differentiellen optischen Absoptionsspektroskospie nicht das ganze Spektrum untersucht, sondern es werden nur Wellenlängen nahe der Absorptionslinie eines Gases erfasst und es wird die Gaskonzentration aus dem Unterschied der Absorption direkt bei den Absorptionslinien und bei Wellenlängen knapp daneben errechnet. Die untersuchten Absorptionslinien liegen meistens im Bereich des ultravioletten oder sichtbaren Lichts. Die DOA-Spektroskopie ist daher eng mit der in der analytischen Chemie gebräuchlichen UV/VIS-Spektroskopie verwandt.

MAX-DOAS

Bei passiven DOAS Systemen können durch Änderungen in der Messgeometrie, bspw des Elevationswinkel des Teleskops, weitere Informationen über die Höhenverteilung der Spurenstoffe erlangt werden. Dieses Verfahren heißt dann i.A. MAX-DOAS (Multi AXiale differentielle optische Absorptionsspektroskopie) und kann, bei Messung verschiedener O₄-Absorptionsbanden, auch genutzt werden um Aerosolprofile zu bestimmen.^[1]

Satellitenmessungen

Satellitengestützte Messinstrumente wie etwa SCIAMACHY können genutzt werden, um mit Hilfe des DOAS-Verfahrens globale Spurenstoffkarten zu erstellen. Hier existieren Karten u.a. von Stickstoffdioxid (NO₂), Stickstoffmonoxid (NO), Schwefeldioxid (SO₂), Methan, Formaldehyd, Bromoxid (BrO), Chlormonoxid (ClO) und Chlorperoxid (OClO), Wasser und verschiedenen Aeorosolparametern.^[2] GOME bzw. GOME-2 wurden zur Bestimmung von Ozon (O₃) gebaut; es werden aber auch verschiedene andere Spurenstoffe (NO₂, SO₂, BrO und OClO) gemessen.^[3][4]

Weblinks

• What is DOAS? - EPA/QPWS(en)

Einzelnachweise

1. ↑ R. Sinreich, U. Frieß, T. Wagner, S. Yilmaz, U. Platt: Retrieval of Aerosol Distributions by Multi-Axis Differential Absorption Spectroscopy (MAX-DOAS) in: Nucleation and Atmospheric Aerosols (2008) S. 1145-1149 doi:10.1007/978-1-4020-6475-3_227
2. ↑ SCIAMACHY Homepage beim Institut für Umweltphysik Bremen.
3. ↑ Instruments - GOME-2. bei der ESA.
4. ↑ GOME-2 Results bei IUP Bremen.