PhotoniX 7,33 (2026)<\/a>: \u201eFree-running Ultraviolet Dual Comb Spectroscopy enabling Absolute Electronic Fingerprinting\u201c; Lukas F\u00fcrst, Mithun Pal, Alexander Eber, Emily Hruska, Clemens Hofmann, Iouli Gordon, Martin Schultze, Rolf Breinbauer, Birgitta Bernhardt.<\/p>\nFingerabdruck von Schadstoffen<\/p>\n
Als Ausgangspunkt f\u00fcr seine Messung erzeugt das Ger\u00e4t innerhalb von Sekundenbruchteilen zwei Laserimpulse im ultravioletten Spektralbereich. Trifft dieses UV-Licht auf Gasmolek\u00fcle, regt es diese elektronisch an und bringt sie zum Rotieren und Vibrieren \u2013 Physiker:innen sprechen dabei von rovibronischen \u00dcberg\u00e4ngen.<\/p>\n
Diese \u00dcberg\u00e4nge sind bei jedem gasf\u00f6rmigen Stoff anders und verschlucken auf einzigartige Weise einen Teil des Laserlichts. \u201eJeder Luftschadstoff hat also seinen eigenen Fingerabdruck, den unser UV-Dualkamm-Spektrometer erkennt\u201c, so Birgitta Schultze-Bernhardt.<\/p>\n
Von Laborgr\u00f6\u00dfe auf Umzugskarton geschrumpft<\/p>\n
Die erste Version ihres Spektrometers hatte Schultze-Bernhardt vor gut zwei Jahren mit ihrem Team entwickelt. Es war laut den Angaben damals das Erste seiner Art weltweit, f\u00fcr die Messungen waren jedoch gro\u00dfe Aufbauten im Labor notwendig. Die neue Version ist auf die Gr\u00f6\u00dfe eines Umzugskartons geschrumpft.<\/p>\n
Dies ist unter anderem deswegen m\u00f6glich, weil nun eine statt zwei Laserquellen den Doppellaserimpuls erzeugt. \u201eDadurch k\u00f6nnen wir auch auf die aufwendige elektronische Stabilisierung des Systems verzichten\u201c, so Schultze-Bernhardt.<\/p>\n
Aufl\u00f6sung von 1 GHz<\/p>\n
Das neue Spektrometer kann die Frequenzen des UV-Lichts mit einer Aufl\u00f6sung von 1 GHz detektieren und \u00fcbertreffe damit alle herk\u00f6mmlichen UV-Spektrometer deutlich. Dadurch konnten die Forschenden bei Tests mit Formaldehyd neue, grundlegende Erkenntnisse \u00fcber die UV-Licht-Absorption des Luftschadstoffs gewinnen: Man habe Absorptionsmuster gemessen, die vorher noch nie experimentell beobachtet wurden, da die Aufl\u00f6sung bisheriger Ger\u00e4te zu ungenau war.<\/p>\n
57 Jahre alte Rotationskonstanten korrigiert<\/p>\n
Durch die Messungen in Graz haben sich die Rotationskonstanten von Formaldehyd, die seit den 1960er-Jahren in Physik-Datenbanken und Lehrb\u00fcchern stehen, als falsch herausgestellt. \u201eIn Zusammenarbeit mit dem Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Atomic and Molecular Physics in den USA haben wir die Werte dieser fundamentalen, molek\u00fclspezifischen Kenngr\u00f6\u00dfe um bis zu 15 Prozent korrigiert\u201c, so Schultze-Bernhardt.<\/p>\n
Zu diesem Fortschritt in der Grundlagenforschung beigetragen hat auch die Zusammenarbeit mit Rolf Breinbauer vom Institut f\u00fcr Organische Chemie der TU Graz, der in einem zweistufigen Verfahren hochreines Formaldehyd f\u00fcr die Untersuchungen herstellte.<\/p>\n
Praktische Anwendung im Umweltschutz<\/p>\n
\u00dcber die Grundlagenforschung hinaus hat das Spektrometer das Potenzial, die Messung von Luftschadstoffen und Gaslecks in St\u00e4dten und Industriegebieten wesentlich pr\u00e4ziser und einfacher zu machen, so die Hoffnung. \u201eMit unserem Ger\u00e4t l\u00e4sst sich prinzipiell jede halbwegs durchsichtige, gasf\u00f6rmige Substanz genau detektieren. Und wir arbeiten derzeit daran, die Konzentration von mehreren Schadstoffen mit einer einzigen Messung zu bestimmen\u201c, sagt Birgitta Schultze-Bernhardt.<\/p>\n
Gef\u00f6rdert durch einen Proof of Concept Grant des europ\u00e4ischen Forschungsrats entwickelt die Experimentalphysikerin derzeit zudem ein UV-Spektrometer, das auch von Laien zur \u00dcberwachung der Luftqualit\u00e4t eingesetzt werden kann, etwa in Unternehmen oder Umweltbeh\u00f6rden.<\/p>\n
Die F\u00f6rdergeber<\/p>\n
Die Entwicklung des UV-Dualkamm-Spektrometers basiert auf von Birgitta Schultz-Bernhardt geleiteten Forschungsprojekten, die vom \u00d6sterreichischen Wissenschaftsfonds FWF und dem European Research Council (ERC) gef\u00f6rdert wurden. Die Kooperationsinitiative NAWI Graz finanzierte die neuartige Laserquelle des aktuellen Spektrometers im Rahmen ihrer Infrastrukturf\u00f6rderung.<\/p>\n
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