Infrarot-Laserspektroskopie für den hochempfindlichen, isotopologenselektiven Nachweis von Spurengasen

Die Erkenntnis, dass Krankheiten nicht nur Anderungen im Blutbild einer Person verursachen, sondern auch die Zusammensetzung des menschlichen Atems verandern konnen, gewinnt in der modernen Medizin zunehmend an Bedeutung. So hat sich bereits der NO-Atemtest zur Diagnose von Asthma und zur Uberwachung des Heilungsverlaufs erfolgreich etabliert. Der Nachweis der Konzentrationsanderungen dieser sogenannten Marker erfordet schnelle Sensoren mit hoher Selektivitat und Empfindlichkeit. Diese Arbeit befasst sich mit zwei Laserspektrometern, die sich fur den Nachweis von Molekulen in kleinsten Konzentrationen eignen. Das Cavity-Leak-Out-Spektrometer wurde zunachst optimiert und anschliesend in konkreten Anwendungen getestet. Hierzu wurde eine Temperaturstabilisierung aufgebaut, welche die Langzeitstabilitat des Spektrometers um den Faktor 2 erhoht. Weiterhin wurde die Auswirkung der Bandbreite der Detektor-Verstarker-Kombination auf das gemessene Signal simuliert und so der optimale Startpunkt der Messung in Abhangigkeit von der Signalform bestimmt. Zur Bestimmung der Genauigkeit des Spektrometers bezuglich der HITRAN-Daten wurde die Linienstarke von HITRAN-Linien vermessen. Hierbei ergab sich eine Abweichung der gemessenen zu den theoretischen HITRAN-Linienstarken von In Zusammenarbeit mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt haben wir an einer Studie teilgenommen, die zum Ziel hat, die Auswertung von Messungen absoluter Konzentrationen mittels IR-Laserspektroskopie zu standardisieren und so die Vergleichbarkeit von Ergebnissen verschiedener Forschungsgruppen herzustellen. Ein Vergleich mit den anderen Forschergruppen steht noch aus. Das Laserspektrometer eignet sich auser fur den hochsensitiven Nachweis bestimmter Molekule auch zur Bestimmung des Isotopologenverhaltnisses dieser Molekule. Eine Charakterisierung des Systems bezuglich der Unsicherheit der Bestimmung des Isotopologenverhaltnisses von NO, CO, CO2 und H2O zeigt, dass das Laserspektrometer eine sehr gute Alternative zur Isotopenmassenspektrometrie (IMS), der Standardmethode zur Messung von Isotopologenverhaltnissen, ist. Daruber hinaus zeichnet es sich durch die Moglichkeit aus, das Isotopologengemisch in Echtzeit nachzuweisen. Die Empfindlichkeit des Spektrometers ist so hoch, dass erstmalig mit Laserabsorptionsspektroskopie das Isotopologenverhaltnis von NO im nasalen Atem bestimmt werden konnte. Neben dem Nachweis des Isotopologs 15NO konnte erstmalig das seltenere Isotopolog 14N18O mithilfe der Laserabsorptionsspektroskopie im menschlichen Atem bestimmt werden. Dies eroffnet neue Moglichkeiten fur die Forschung mit markierten Substanzen. Der Vergleich mit anderen Forschergruppen zeigt, dass die mit dem Cavity-Leak-Out-Spektrometer erzielten Ergebnisse die Ergebnisse anderer Forschergruppen ubertreffen. Somit ist das Spektrometer eins der empfindlichsten uberhaupt. Schlieslich wurde ein neues Integrated-Cavity-Output-Spektrometer fur den Nachweis von NO mit einem QCL aufgebaut. Der Nachweis im Spurengasbereich konnte erfolgreich erbracht werden.