BonaRes (Modul A, Phase 3): I4S - Integriertes System zum ortsspezifischen Management der Bodenfruchtbarkeit; Teilprojekt C: Raman Messsystem zur ortsspezifischen Bodenanalytik; Kurzbezeichnung: I4S-RaMBo3

Abstract

Ziel des Vorhabens „Raman Messsystem zur ortsspezifischen Bodenanalytik" war die Entwicklung eines portablen und robusten Diodenlaser-basierten SERDS-Gesamtsystems für den Einsatz in einer Sensorplattform für die kontinuierliche Beprobung des Bodens. Dabei entstand ein kompakter Prototyp, der eine Diodenlaser-basierte Lichtquelle, ein robustes optisches System, eine geeignete elektronische Ansteuerumgebung, eine Bediensoftware sowie ein robustes feldtaugliches Gehäuse besitzt. Das entwickelte SERDS-Gesamtsystem wurde in eine Sensorplattform des Projektpartners ATB für die ortsaufgelöste Bodenanalytik integriert und anschließend genutzt, um Vor-Ort Messungen unter Feldbedingungen durchzuführen. In den ersten beiden Projektphasen I4S-RaMBo (FKZ: 031A564C und 031B0513C) wurden zunächst geeignete Diodenlaser entwickelt und in einen für die Messaufgabe angepassten Laboraufbau für die Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy (SERDS) implemen-tiert. Damit konnten erstmals verschiedenste Bodenbestandteile mittels SERDS in Bodenproben nachgewiesen werden. Basierend darauf wurde in der zweiten Phase ein feldtaugliches SERDS-Sensorsystem realisiert und anschließend in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern erfolgreich im Feld für die punktuelle molekül-spezifische Erfassung von Bodenbestandteilen eingesetzt. Die zentrale Aufgabe in der dritten Phase des Vorhabens bestand nun darin, in einer Weiterentwicklung den Prototypen eines mobilen SERDS-Gesamtsystems zu realisieren, mit dem es möglich ist, als Teil einer Sensorplattform unter realen Bedingungen Feldexperimente für die kontinuierliche Beprobung des Bodens während der Fahrt durchzuführen. Diese Arbeiten beinhalteten zwei Hauptkomponenten, zum einen die Systementwicklung eines Diodenlaser-basierten Messsystems und zum anderen das durch systematische Untersuchungen erzielte, immer bessere Verständnis der spektralen Signaturen ausgewählter Böden, um so Rückschlüsse auf deren Eigenschaften ziehen zu können. The main task in the third project phase was to develop a prototype of a mobile SERDS system as part of a sensor platform, thus enabling field experiments under real-world conditions for continuous soil sampling during the movement. This work comprised two main components: firstly, the development of a diode laser-based measurement system, and secondly, the increasingly precise understanding of the spectral signatures of selected soils, obtained by means of systematic investigations, in order to derive information about their characteristics. Based on the diode lasers developed in the first two project phases, a portable and robust diode laser-based SERDS system was designed and implemented for use in a sensor platform for continuous soil sampling. The result was a compact prototype comprising a diode laser-based light source, a robust optical system, a suitable electronic control environment, operating software, and a robust, field-ready housing. The developed SERDS system was integrated into a sensor platform of the project partner ATB for spatially resolved soil analysis and subsequently used to carry out on-site measurements under field conditions.