Untersuchungen zur derivativen Diodenlaser-Spektrometrie an Mikrowellen-induzierten Niederdruckplasmen

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung eines element-selektiven Detektors, der auf den Prinzipien der derivativen, balanciert-heterodynen Dioden-laser-Atomabsorptionsspektrometrie beruht und dessen analytische Kapazität in gaschromatographischer Kopplung am Beispiel der Analyse flüchtiger Kohlenwasserstoffe sowie in Kombination mit dem laserinduzierten Probeneintrag von Polymerfragmenten demonstriert werden sollte. Die methodische Charakterisierung des Verfahrens beinhaltete - neben einer detaillierten Diskussion der für den photometrischen Absorptionsnachweis relevanten Rauschprozesse - eine Adaption des mathematischen Formalismus, welcher der homodynen Derivativ-Spektroskopie üblicherweise zugrundegelegt wird. Im Rahmen der analytischen Charakterisierung, die anhand des element-selektiven Nachweises metastabiler Argonatome innerhalb eines mikrowellen-induzierten He-lium-Plasmas durchgeführt wurde, konnte ein analytisches Nachweisvermögen von [] ermittelt werden. Unter Berücksichtigung der Oszillatorenstärke sowie der Halbwertsbreite des betrachteten Übergangs (Ar ) entsprach dies einer kritischen, d.h. minimal meßbaren Besetzungsdichte von ca. cm ( ). Das methodische Nachweisvermögen des implementierten Detektionsschemas betrug [] - entsprechend einer hypothetischen Besetzungdichte von cm - und lag somit ca. 3 dB oberhalb des kalkulierten Quantenrauschlimits. Im Rahmen der Studien zur gaschromatographischen Kopplung wurden in erster Linie grundlegende Untersuchungen zum Dissoziationsgrad organischer Spezies unterschiedlichen Bindungscharakters durchgeführt. Die Quantifizierung des Dissoziationsgrades basierte dabei im wesentlichen auf der Bestimmung potentieller Diskrepanzen zwischen der empirischen Stöchiometrie der eluierenden Spezies hinsichtlich der Konstituenten Chlor, Kohlenstoff und Wasserstoff und den realen Proportionen. Abgesehen von geringfügigen Abweichungen in der kohlenstoffspezifischen Stöchiometrie der aromatischen Verbindung, konnten die theoretischen Summenformeln der Spezies exakt reproduziert werden. Eine Unabhängigkeit des Dissoziationsgrades von dem Bindungscharakter der analysierten Spezies war somit evident. Im Vordergrund der Messungen zum laserinduzierten Probeneintrag stand - neben der Ermittlung der fundamentalen Operationscharakteristiken des Detektors im Hinblick auf den chlorspezifischen Nachweis verdampfter Polymerfragmente - die quantitative Analyse diverser Matrizes. Darüberhinaus wurde in Analogie zu der Analyse der gaschromatographischen Eluate die Zusammensetzung der eingetragenen Polymerfragmente bestimmt und der realen Stöchiometrie der analysierten Matrizes gegenübergestellt. Auf der Basis der vorliegenden Resultate konnte eine ausgeprägte Fraktionierung während des Verdampfungsprozesses und der Transportperiode der abgetragenen Partikel ausgeschlossen werden. Dies impliziert die prinzipielle Möglichkeit einer matrixunabhängigen Kalibration unter Verwendung eines internen Standards.