Anwendung der In-situ-Infrarotspektroskopie 213
mathematische Modellierung ein hinsichtlich Kosten, Raum- und Gewichtsbedarf,
Effizienz und Zuverlässigkeit optimiertes Löschsystem zu entwickeln, das die Tröpf-
chen in der richtigen Größe und Menge zur wirkungsvollsten Stelle befördert. Em
zentraler Parameter während solcher Tests ist die lokale Sauerstoffkonzentration, die
mit den bisher verfügbaren Messmethoden (paramagnetisch-extraktiv und In-situ-Zir-
kondioxid-Sensoren) nicht erfasst werden kann, da durch beide Verfahren das Ver-
hältnis zwischen dem in flüssiger und gasförmiger Phase vorliegenden Wasser verän-
dert wird. Für diesen Zweck wurde ein neues, extrem robustes, ferngesteuertes
Diodenlaser-Spektrometer entwickelt, das den Bedingungen innerhalb der Versuchs-
kammer (Hitze, Wasser und Staub) ausgesetzt werden kann, und in der Lage ist,
während eines Löschversuches, d. h. Zündung eines offenen Feuers und anschließen-
de Löschung, O2 schnell (< 1 sec) und in-situ zu bestimmen. Dazu wurde ein DFB-
Diodenlaser bei 761 nm ausgewählt, der zwei relativ starke Rotationsabsorptions-
linien (R9R9 und R7Q8) von Sauerstoff im A Band (b'IWXU) erfassen kann und
in Form einer 30 cm langen Heriott-Multireflektionszelle mit einer offenen Absorpti-
onsstrecke von 1,8 m Länge gekoppelt. Trotz der sehr geringen Transmissionen von
wenigen Prozent während des Löschvorganges konnten über den gesamten Testzeit-
raum absolute Sauerstoffkonzentrationen (im Bereich von 8 % bis 21 % O2) mit einer
Zeitauflösung von 2 Hz und einer Genauigkeit von bis zu 0,01 Vol.% bestimmt wer-
den. Ein Vergleich mit extraktiven paramagnetischen Sensoren und GC-Proben zeig-
te die Verdrängung von Sauerstoff durch Wasserdampf, die mit anderen Methoden
nicht bestimmt werden kann. Weitere umfangreiche Messreihen mit dem CL-Spektro-
meter sind geplant. Bisher erfolgten vergleichende Studien verschiedener Heptan- und
Methanolfeuer mit 50 bis 400 kW Leistung, verschiedener Löschsysteme (feine Nebel
und Sprinkler) und unterschiedlicher Löschszenarios.
Ein weiterer neuer Bereich, der für den Einsatz von Diodenlaserspektrometern
erschlossen werden konnte, ist die in-situ Erfassung von atmosphärischen Spurenstof-
fen mit flugtauglichen Messgeräten für aktuelle Fragestellungen der Umweltphysik bei
der Modellierung der Atmosphäre. Die gleichzeitige Messung von Wasserdampf und
Methan in der unteren und mittleren Atmosphäre zwischen 8 und 30 km Höhe ist für
das Verständnis physikalisch-chemischer Vorgänge in der Atmosphäre von hoher
Bedeutung. Diese Spurengase haben entscheidenden Einfluss auf den Strahlungshaus-
halt der Erde und damit auf das Klima und auf die stratosphärische Ozonschicht. Die
spezifischen Eigenschaften der Diodenlaser ermöglichen dabei erstmals autarke, leich-
te und kompakte Systeme, die sich gut zur Messung klimarelevanter Spurengase auf
hochfliegenden Plattformen wie Ballonen und Flugzeugen eignen. Ein häufiger und
dennoch kostengünstiger Einsatz ist für eine bessere und genauere Validierung der
Atmosphärenmodelle erforderlich. In Zusammenarbeit mit der Universität Bremen
und dem Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg wurde ein leichtes bal-
lontaugliches Spektrometer entwickelt. Zum simultanen Nachweis von Wasser und
Methan verwendet das System zwei DFB-DL bei 1,65 pm und 1,39 pm, die in eine
Leichtgewichts-Langwegzelle vom Heriott-Typ mit offener Wegstrecke (136/66
Umläufe d. h. L = 74 m/36 m für CH4/H2O) eingekoppelt werden. Die gesamte Optik
(incl. 2 Laser, 2 Referenzzellen und 6 Detektoren) konnte in einem zylindrischen
Gefäß (ca. 5 cm hoch, 25 cm Durchmesser) am Ende der Henott-Zelle untergebracht
werden, sodass die Gesamtlänge des Systems unter 75 cm hegt. Das Gesamtgewicht
der Optik hegt trotz der beiden 5“-Spiegel bei lediglich 6,6 kg, was für einen häufigen