Cavity-ring-down-Spektroskopie

Die Cavity-Ring-Down-Spektroskopie (CRDS) ist eine Spektroskopie-Methode mittels optischer Resonatoren. Üblicherweise wird nur der englische Begriff benutzt, er lässt sich übersetzen mit Hohlraum- oder Resonatorabklingzeitspektroskopie. Ein alternativer Name ist Cavity Ring-down Laser Absorption Spectroscopy (CRLAS). Wie dieser Alternativname nahelegt, wird für diese Methode der Spektroskopie üblicherweise Laserlicht verwendet.

Funktionsweise

Die Methode basiert auf der Speicherung elektrischer Energie zwischen zwei Spiegeln durch den Umlauf anfangs in den Resonator eingestrahlter elektromagnetischer Strahlung. Da die Spiegel auch bei sehr hohen Reflexionsgraden immer noch einen gewissen Anteil der Strahlen transmittieren und bei Anwesenheit eines Mediums (Gases) im Hohlraum zwischen den Spiegeln noch Absorption auftritt, sinkt diese Energie exponentiell mit der Zeit.

$ I(t)=I_{0}\exp \left(-t/\tau \right) $

Die Zerfallskonstante Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tau ist die Speicher- oder Abklingzeit des Resonators. Es gilt

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tau = \frac{n}{c} \, \frac{l}{1-R+X+ \alpha l }

dabei ist Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): n der Brechungsindex des Mediums, Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): l der Abstand der Spiegel, Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): c die Lichtgeschwindigkeit, $ R $ der Reflexionsgrad der Spiegel und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \alpha der Absorptionskoeffizient des Mediums. Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): X steht für sonstige Verluste.

Ist die Größe von Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): n , $ R $, Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): l und Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): X bekannt, so erhält aus der Messung von Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \tau den Absorptionskoeffizienten Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \alpha bei der Frequenz des Lasers mit dem der Resonator angeregt wird. Aus der Auswertung von Absorptionskoeffizienten bei unterschiedlichen Laserfrequenzen und dem Vergleich mit dem Spektrum bekannter Substanzen kann man Aussagen über die Zusammensetzung der eingefüllten Probe ableiten.

Man kann entweder die Abklingkurve aufnehmen, was sehr schnelle Datenverarbeitung erfordert, oder das Integral unter der Kurve, in diesem Fall spricht man auch von Cavity-Enhanced-Absorption-Spektroskopie.

Weblinks

• Umfangreiche Informationen und Links (englisch)