Dokument: Hochempfindlicher Spurengasnachweis in der Atmosphäre und im
menschlichen Atem mittels Infrarot-Cavity-Ring-Down-Spektroskopie

Titel:	Hochempfindlicher Spurengasnachweis in der Atmosphäre und im menschlichen Atem mittels Infrarot-Cavity-Ring-Down-Spektroskopie
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2187
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20020130-000187-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dahnke, Hannes [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,82 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Hering, Peter [Gutachter] Prof. Dr. Schiller, Stephan [Gutachter] Prof. Dr. Demtröder, Wolfgang [Gutachter]
Stichwörter:	Spurengase,Spurengasnachweis, Methan, Ethan, Formaldehyd, Kohlenmonoxid, CRDS, CavityRing-Down Spektroskopie, Laser, Atemtrace gas, methane, formaldehyde,ethane, carbon monoxide, CRDS, cavity ring-down spectroscopy, laser,breath test, oxidative stress
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem hochempfindlichen Spurengasnachweis, der sowohl in der medizinischen Diagnostik als auch in der Umweltanalytik eine Vielzahl von Anwendungen ermöglicht. Um Spurengasmessungen im sub-ppb-Bereich durchzuführen, wurde die Cavity-Ring-Down-Spektroskopie (CRDS) eingesetzt: Ein frequenzverstimmbarer CO-Oberton-Laser im Wellenlängenbereich um 3000 nm wird genutzt, um einen optischen Resonator anzuregen, der aus zwei hoch reflektierenden Spiegeln besteht. Nach Abschalten des Lasers wird das Abklingen der im Resonator gespeicherten Energie beobachtet. Wird ein absorbierendes Gas zwischen die Resonatorspiegel gebracht, klingt die Energie schneller ab. Aus dieser Zeitdifferenz können sehr geringe Absorptionen bestimmt werden. Der minimal nachweisbare Absorptionskoeffizient konnte somit auf 6 x 10^-10/cm abgesenkt werden Es werden verschiedene Anwendungen dieser Technik untersucht: Im Bereich der Umweltanalytik wird der isotopomerenselektive Nachweis von Methan in Spuren von 100 ppt erläutert. Es wird gezeigt, dass das Verhältnis von 12CH4 zu 13CH4 auf 11 Promille genau bestimmt werden kann. Damit wird es möglich Quellen und Senken dieses Treibhausgases zu identifizieren. Anhand des Nachweises von Formaldehyd wird gezeigt, wie für den Menschen giftige Gase in der Umgebungsluft bestimmt werden können. Hierbei wird auf die Problematik beim Nachweis polarer Moleküle eingegangen. Die Anwendung des System in der medizinischen Atemdiagnostik zeigt die Möglichkeiten eines empfindlichen Nachweises von Ethan im Atem. Die Ethankonzentration erlaubt Aussagen über die Zellschädigungen im Körper, die durch freie Radikale hervorgerufen werden (oxidativer Stress). Es konnte gezeigt werden, dass ein Ethannachweis mit einer Nachweisgrenze von 300 ppt möglich ist. Dazu wurde der Ethangehalt im Atem von Rauchern bestimmt. Die Messungen haben gezeigt, dass erstmals ein Atemtest für Ethan ohne langwierige und fehlerbehaftete Gasvorbehandlung möglich ist. The analysis of highly diluted gas samples has found a variety of challenging applications. This work focuses on the detection of trace gases in the atmosphere and in human breath. To perform high-precision measurements at the sub-ppb level cavity ring-down spectroscopy was applied. A tunable CO overtone sideband laser (at 3000 nm) is used to excite a high-finesse cavity which provides an effective optical absorption pathlength of 3.6 km. After excitation, the laser power is turned off and the subsequent decay of the radiation is observed. Using the advantages of the cw excitation the minimum detectable absorption coefficient comes down to 6 x 10^-10/cm with a typical sampling time of 5 s. Several applications are presented: The investigations in the atmosphere deal with the isotope-selective detection of methane at the 100 ppt level, which provides information about sinks and sources of this green house gas. The ambient detection of formaldehyde proved to be an interesting target of ultra-sensitive trace gas analysis. Furthermore, the application of CRDS to medical breath testing shows that this technique can become a non-invasive method for medical diagnosis. Results of the first real-time detection of ethane in human breath, a marker of oxidative cell damage, is reported.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	30.01.2002
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	30.01.2002
Datum der Promotion:	30.01.2002