Weiterentwicklung eines frequenz-modulierten Absorptionsspektrometers mit Dioden-Lasern und sein Einsatz zur Messung der HO_2-Radikale in der Luft Abschlussbericht

Aufgrund ihrer Bedeutung fuer die Luftchemie ist eine direkte Messung von HO_2-Radikalen von grossem Interesse. Bisher bekannte Verfahren weisen meist Querempfindlichkeiten auf oder erreichen nicht die erforderliche Nachweisgrenze von 10 pptv HO_2. Deshalb wurde im Rahmen dieses Vorhabens untersucht, ob mit Hilfe von Diodenlasern unter Einsatz der Hochfrequenz-Modulationsspektroskopie ein direkter Nachweis von HO_2-Radikalen in der Troposphaere moeglich wird. Zu diesem Zweck wurden Messungen zur Lasercharakterisierung und Untersuchungen zur Systemstabilitaet durchgefuehrt. Es konnte gezeigt werden, dass nur Diodenlaser mit hoher Ausgangsleistung und ausgepraegtem Single-Mode-Verhalten empfindliche Messungen ermoeglichen. Als quantitatives Mass fuer die Beurteilung der Systemstabilitaet wurde die Charakterisierung mit Hilfe der Allan-Varianz eingesetzt. Eine entscheidende Verbesserung der Frequenzstabilitaet konnte, neben dem Einsatz von Line-Locking, durch die Implementation einer Online-Korrektur der Messspektren erreicht werden. Eine Normierung der Spektren auf den HF-Pegel des Messdetektors fuehrt zu einer erhoehten Amplitudenstabilitaet. Durch Anwendung angepasster Etalonreduzierungsmassnahmen konnte die Untergrundstabilitaet gesteigert werden. Mit Hilfe eines optimierten Untergrundzyklus konnten noch vorhandene Driftkomponenten soweit reduziert werden, dass Messzeiten von ueber 1h moeglich werden. Somit wurden Nachweisgrenzen von 1 x 10 "-"7 in optischer Dichte fuer den Nahinfrarot-Spektralbereich bei 1.5 #mu#m und 4 x 10 "-"8 fuer den mittleren Infrarotbereich bei 5.6 #mu#m erreicht. Weiterfuehrende Untersuchungen zeigten, dass im mittleren Infrarot mit einem leistungsstarken Laser unter Verwendung der Single-Tone-Modulation bei einem Absorptionsweg von 100 - 200 m ein Nachweis von 10 pptv HO_2 bei einer Messzeit von 15 min moeglich wird. (orig.)Direct measurement of HO_2-radicals is of great interest for atmospheric chemistry research. Existing measurement methods show interferences or do not have the required detection of 10 pptv HO_2. It was the aim of this project to investigate whether a direct detection of HO_2-radicals in the troposphere is feasible by high-frequency modulation spectroscopy with diode lasers. Therefore, measurements for a characterisation of diode lasers and investigations about system-stability have been performed. It was found that only diode-lasers with high emission of power and explicit single-mode-behaviour offer sensitive measurements. As a quantitative measure for the evaluation of system stability the characterisation using the Allan variance has been applied. A decisive improvement of frequency stability is obtained by the implementation of an online-correction of the measurement spectra, besides line-locking. A normalisation of the spectra by the rf-level of the measurement detector leads to an improved amplitude stability. Applying matched etalon reduction methods results in an enhancement of the background stability. Using an optimized background cycle residual drift components could be reduced to a level where measurement times of 1h are possible. So detection limits of 1 x 10 "-"7 in optical density for the near infrared spectral region at 1.5 #mu#m and 4 x 10 "-"8 for the middle infrared region at 5.6 #mu#m have been attained. Further investigations showed that in the middle infrared - using singletone-modulation with a high power laser and an absorption pathlength of 100 - 200 m - a measurement of 10 pptv HO_2 at a measurement time of 15 min are feasible. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F94B0561+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman