Emissions-Spektroskopie: Spektrales Imaging

Emissions-Spektroskopie ist die spektral aufgelöste, natürliche Emission von Photonen angeregter Spezies in der Gasphase. Emissionsspektroskopie ist wie die Absorption eine integrale (line-of-sight) Imaging Methode und untersucht elektronisch angeregte Spezies im Gegensatz zur LIF Technik, die Spezies im elektronischen Grundzustand detektiert.
Angeregte Zustände von Molekülen und Atomen entstehen durch thermische Anregung, Absorption von Strahlung oder chemische Reaktionen (Chemilumineszenz).
Spektral gefilterte Aufnahmen von Reaktionszwischenprodukten wie OH*, CH* und C₂* (das Sternchen bezeichnet elektronisch angeregte Zustände) visualisieren die Reaktionszone, das Verhältnis dieser Emissionen geben Auskunft über die lokale Stöchiometrie. Infrarot (IR) Imaging detektiert die Hauptkomponenten der Verbrennung wie z. B. Kraftstoff, CO₂ und Wasser. Pyrometrische Messungen der Schwarzkörperstrahlung geben Auskunft über die Temperatur in rußenden Flammen.

Absorptions-Spektroskopie

Die Absorptionsspektroskopie ist eine der ältesten Methoden, die zur Untersuchung von gasförmigen Medien herangezogen wird. Diese Technik basiert auf der Absorption von Strahlung, die von einer spektral wohldefinierten Lichtquelle ausgesendet wird, auf dem Weg zu einem Detektor. Der Verlust der Lichtintensität ist ein Maß für die absorbierende Gaskonzentration, d. h. je mehr Gasmoleküle sich im Lichtstrahl befinden, desto mehr Licht wird absorbiert. Dieser Vorgang wird durch das Lambert-Beer Gesetz quantitativ beschrieben.
Die auf der Absorption basierenden Sensoren von LaVision messen präzise diese Abnahme der Lichtintensität und berechnen daraus die Molekülkonzentration. Die Lichtabsorption ist spezifisch für das untersuchte Molekül und wird mit der Wahl der Absorptionswellenlänge festgelegt.
Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Absorptionstechniken: die Breitbandabsorption und die Absorptionsspektroskopie mittels durchstimmbarer Laserdioden (Tunable Diode Laser Absorption,  TDLAS):
Die Breitbandabsorption wird z.B. zur Messung der Kraftstoffkonzentration im Inneren eines Motorzylinders herangezogen. Die erreichbare Abtastrate ist dabei häufig sehr viel höher als die von konventionellen Gasanalyse Systemen.
Das TDLAS Verfahren ist sehr sensitiv und selektiv für die Detektion kleinerer Moleküle, wie H₂O, O₂ oder CO₂. Die Technik misst die Konzentration der Moleküle, aber auch die Temperatur und/oder den Umgebungsdruck des Trägergases mittels hochentwickelter Spektralanalyse.