Weiterentwicklung der Fluoreszenz-Anregungs- Spektroskopie

|   Physik, Chemie, Gäste

Philipp Bokatius, Gudrun Mende, Matthias Rang & Peter Stolz

Projektstand nach dem zweiten Projektjahr

Die Fluoreszenz-Anregungs-Spektroskopie wurde als Methode der Qualitätsforschung von Jürgen Strube in den 90er-Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelt. Seither wurde diese Methode am Forschungsinstitut KWALIS gGmbH für verschiedene Probenarten, wie etwa Samen und Früchte, aber auch Flüssigkeiten, wie Öle, Milch oder Wasser, angewendet. Seit 2019 arbeiten wir in einem Kooperationsprojekt des Forschungsinstitut KWALIS gGmbH mit dem Forschungsinstitut am Goetheanum an der Weiterentwicklung der Fluoreszenz-Anregungs-Spektroskopie und insbesondere am Aufbau einer zweiten Messapparatur. Im letzten Jahresbericht haben wir über den Aufbau der neuen Detektionseinheit berichtet. Die Entwicklung der mechanischen Konstruktion der neuen Anlage mit der Erstellung von CAD-Modellen für alle Bauteile war der Schwerpunkt im zweiten Jahr.

Konstruktive Schwierigkeiten ergaben sich aus Designentscheidungen, die aufgrund bisheriger Erfahrungen mit der bestehenden Anlage frühzeitig getroffen worden waren. Dazu gehört insbesondere die funktionale Entflechtung der Messeinheit und der Messkammer; so kann die Messkammer in Zukunft ausgetauscht werden, ohne dass dabei die Messeinheit verändert werden muss. Die Umsetzung erfordert die räumliche Konzentration der beiden Detektionseinheiten mit ihren Photomultiplieren, den mechanischen Verschlussblättern (ähnlich wie bei einem Kameraverschluss) und den vorgeschobenen Filterrädern, sowie die Probenbeleuchtung durch Lichtleiter mit den zu diesen gehörenden mechanischen Verschlussblättern und weitere Sensoren in einem Messkopf. Da die Photomultiplier zusätzlich in evakuierten Gehäusen unterzubringen sind und zur Rauschunterdrückung durch einen Kühlkreislauf auf Temperaturen von etwa -30 oC heruntergekühlt werden müssen, ist die räumliche Konstruktion dicht gedrängt und sehr anspruchsvoll.

Doch sind wir davon überzeugt, dass sich diese Designentscheidung in Zukunft auszahlen wird. So werden nicht nur andere Bauformen der Messkammer, etwa für grössere Proben, möglich, sondern erstmalig wird von beiden Photomultipliern die gleiche Seite der Probe gemessen und Flüssigkeiten können an ihrer Luftseite (und nicht nur durch eine Küvette) gemessen werden.

Projektperspektiven

Gegenwärtig bauen wir die Anlage auf und arbeiten insbesondere an der Programmierung. Hilfreich ist die Kooperation mit Prof. Dr. Johannes Grebe-Ellis von der Bergischen Universität Wuppertal, die uns erlaubt, einige Teile dort in der Werkstatt des Physikinstitutes zu fertigen. Nach dem Aufbau der Anlage wird es vor allem um die Programmierung der Steuer- und Messsoftware, die Einrichtung einer neuen Datenbank und die Fehlerbehebung gehen. Die ganze Anlage muss ausgiebig getestet und charakterisiert werden. Weiterhin ist eine sehr vorsichtige Modernisierung der ersten Anlage geplant.

Photomultipliergehäuse (links) und daneben ein Teil des Innenlebens (rechts). Ein neu hergestellter PMT-Messkopf (Zylinder auf der Tischplatte) im Vakuum- und Kühltest des Detektorinneren bei -30 Grad Celsius. Rechts unten im Bild ist die Vakuumpumpe, links daneben mit den gebogenen Kühlschleuchen das Kühlaggregat sichtbar.
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