Das Projekt "Herstellung und Transport von Nanopartikeln mittels Elektrospray" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg, Fachbereich 9 Elektrotechnik, Fachgebiet Prozess- und Aerosolmesstechnik durchgeführt. Nanostructured materials are receiving increasingly interest as building blocks for nanotechnological applications, such as nanoelectronics, quantum electronics, sensortechnology, non-linear optics and solar technology. A layer of semiconducting nanoparticles smaller than 20 nm on a well-difined surface will have properties which differ from bulk material, for instance a modified bandgap diode and specific opto-electronic properties. The aim of the research projects is to investigate the potential of the spraying process in the production of semiconducting nanoparticles in combination with the particle transport and a well-defined deposition. Particle are produced using an aerosol generator based on the principle of electrostatic spraying. This technique is capable of producing monodisperse particles in high concentrations. In additon, this spraying technique provides a very efficient way of charging liquid particles. Since the droplets are highly charged due to the production process, they are dispersed by repulsive forces and do not coagulate, thus keeping the particle size constant. Electrostatic spraying can be observed by means of very simple apparatus. A potential difference of a few thousands volts between a plate and a capillary containing a liquid has to be supplied. A liquid droplet leaving the capillary will be deformed due to the electrical field, forming a liquid cone emitting highly-charged droplets at the tip. Different methods can be applied to neutralize these droplets for e.g. particle size measurements. In ambient air, such a system is capable of furnishing droplets varying in size, depending on the conditions, from the millimeter to the submicron range. Many parameters are involved in this spraying process and, depending on their values, different modes of operation are obtained which correspond to the production of aerosols having different characteristics. Droplets of uniform size have been obtained regularly using 'cone-jet' and 'silver-bullet' modes. Different operation modes are observed using a CCD camera and the particle size distribution is measured using a DMPS system and AFM. Also the angle of the meniscus and the spray are measured using a digital image analysis program. The results of our numerical calculations will be compared with these results.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Unterwasser-LIDAR (Phase II)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Oldenburg, Fachbereich 8 Physik, Arbeitsgruppe Angewandte Optik,Laserfernerkundung durchgeführt. Es wird ein Fluoreszenzlidar entwickelt, das als Sensornutzlast eines ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs fuer die Detektion von unfallbedingt eingeleiteten Schadstoffen auf dem Meeresboden und in der Wassersaeule eingesetzt werden kann. Die schnelle, kleinskalige Ortung, welche nach dem heutigen Stand der Technik noch nicht moeglich ist, ist Voraussetzung fuer die Bergung solcher Schadstoffe. Der Einsatz einer gatebaren CCD-Kamera mit dem gepulsten Laser erlaubt zusaetzlich die Aufnahme von Bildern des Meeresbodens aus einer Entfernung, die die Reichweite konventioneller Videosysteme um den Faktor 3-4 uebertrifft. Hiermit wird dem Bedarf nach einer Moeglichkeit der Ortung und Inspektion noch verpackter Ladung nachgekommen. Die Beschaffung des Unterwasserfahrzeugs, seine Anpassung an die gegebene Aufgabe und die Unterstuetzung der anderen Projektpartner bei der Sensorerprobung sind ebenfalls Bestandteil des Teilvorhabens. Nach Abschluss der Erprobungsphase soll das System langfristig durch den Bundesminister fuer Verkehr auf Schadstoffunfallbekaempfungsschiffen eingesetzt werden.
Das Projekt "Bakterielle Strategien zur Verbesserung der Bioverfuegbarkeit von hydrophoben organischen Schadstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Institut für Wasserwesen, Lehrstuhl und Laboratorien für Wassergüte- und Abfallwirtschaft durchgeführt. Die geringe Bioverfuegbarkeit von organischen Schadstoffen bereitet bei der Sanierung von belasteten Boeden oftmals Schwierigkeiten. Die meisten organischen Verunreinigungen sind hydrophob und an Bodenbestandteile sorbiert oder in den nicht waessrigen Fluessigkeitsphasen geloest. Bisher wurde versucht, die Bioverfuegbarkeit durch Ruehren oder durch die Zugabe von Tensiden zu erhoehen. Im Rahmen dieses Projektes soll der biologische Abbau von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) untersucht werden. Dazu werden Bakterien verwendet, die nicht nur in der Lage sind, die Schadstoffe abzubauen, sondern auch die Faehigkeit besitzen, Stoffe, die sorbiert oder in der nichtwaessrigen Phase geloest sind, verfuegbar zu machen. Es soll untersucht werden, ob die Bakterien den Substrattransfer durch emulgierende Eigenschaften der Zelloberflaeche und/oder durch die Adhaesion an hydrophobe Teilchen, um so die Distanz zu den sorbierten Verunreinigungen zu vermindern, erhoehen. Im Rahmen dieses Projektes erfolgt eine Zusammenarbeit mit erfahrenen europaeischen Forschungsstaetten und einem Industriepartner aus dem Gebiet der biologischen Sanierung. Projektziel: Anfangs soll das Verhalten der mit GFP (green fluorescent protein) markierten Bakterien untersucht werden. Dazu werden auf eine Glasoberflaeche die PAK-Kristalle aufgebracht. Im Fliesskanal wird das Wachstum und Verhalten im Biofilm, wie z.B. die Verteilung der Bakterien, mit Hilfe des confokalen Laser-Scanning-Mikroskops (CLSM) online und in-situ verfolgt. Die Dicke des Biofilms auf den Aufwuchsflaechen soll mit Hilfe der vorhandenen Software berechnet werden. Der Einsatz des CLSM erlaubt eine Charakterisierung des Biofilms, ohne in das System einzugreifen. Weiterhin ist es moeglich, durch eine Kombination einzelner Bilder eine dreidimensionale Darstellung zu erhalten. Somit koennen Zusammenhaenge zwischen dem Abbauverhalten und der Biomasse in Biofilmen verschiedenen Alters hergestellt werden. Die erhaltenen Erkenntnisse koennen mit bereits bekannten Abbauverhalten in Fluessigkulturen verglichen werden. Bakterien, die auf den glatten Aufwuchsflaechen gute Biofilme ergaben, sollen in weiteren Versuchen auf rauhen Aufwuchsflaechen untersucht werden.
Das Projekt "Evaluierung der Grenzen und Möglichkeiten der Explosivstoffdetektion mit oberflächenverstärkter Ramanstreuung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Laser-Laboratorium Göttingen e.V. durchgeführt. Raman-spektroskopische Verfahren haben sich in den letzten Jahren immer mehr zu einem interessanten neuen Laborwerkzeug zur Erkennung von Explosivstoffen, chemischen Kampfstoffen und anderen potentiell gefährlichen Wirkstoffen entwickelt. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurde gezeigt, dass die Raman-Spektroskopie geeignet ist, schnell und verlässlich unbekannte Spezies in konzentrierter Form durch den Einsatz einer geeigneten Spektrendatenbank zu identifizieren. Allerdings war diese Technologie aufgrund ihrer extrem geringen Signalausbeute bisher nur in der Lage, diese Stoffe in größeren Gebinden und nicht in Form von luftgetragenen Spurenstoffen zu identifizieren. Die Intensität der Ramansignale von adsorbierten Molekülen kann drastisch durch resonant angeregte Oberflächenplasmonen verstärkt werden. Bei der sog. 'Surface Enhanced Raman (SER) Spectroscopy' kommt es zu extremen Intensitätssteigerungen bei gleichzeitigem Erhalt der spektralen Selektivität, die damit prädestiniert ist für die Spurenanalytik. Ziel des Projektes ist es, Explosivstoffe und Brandgase bzw. Pyrolyseendprodukte aus der Gasphase auf einem SER-Substrat mit Hilfe eines Kühlfingers abzuscheiden. Dazu wird ein modularer Aufbau bestehen aus 1.) Anreicherungs- und Selektionseinheit, 2.) Analyseeinheit und 3.) Detektionssystem entwickelt. Letzteres besteht aus Laser, Faseroptik, Spektrometer und CCD-Kamera. Dabei wurden zunächst kommerzielle Komponenten verwendet. Neben den kommerziellen SER-Substraten der Firma D3 Technologies Inc. wurden Substrate auch selbst hergestellt. Dabei wurden goldbeschichtete Quarzoberflächen mit UV-Laserpulsen beschossen. Dadurch entstehen nanostrukturierte Goldoberflächen, die eine ca. 50-fach bessere Verstärkung bei vergleichbarer Reproduzierbarkeit haben als das kommerzielle Substrat. Bei der Herstellung der Analyseeinheit wurden Ultrahochvakuumkomponenten eingesetzt. Die Kühlung des Substrates wird mit einem Stirlingkühler erreicht. Das Detektionsprinzip wurde mit Messungen an Explosivstoffen bestätigt. Dabei wurden Trinitrotoluol (TNT) und Triacetontriperoxid verdampft und unter einer Argon-Atmosphäre auf dem Kühlfinger abgeschieden. Die Identifizierung der Explosivstoffe auf dem SER-Substrat gelang anhand ihres 'spektralen Fingerabdruckes' in den Ramanspektren. Weiterhin konnten flüchtige Pyrolyseprodukte auf dem Kühlfinger detektiert werden. So konnte meta-Dichlorbenzol als Pyrolyseprodukt von Polyvinylchlorid identifiziert werden. Die Ankopplung der Anreicherungs- und Selektionseinheit ist in Arbeit. Messungen an realen Gasproben sind geplant.
Das Projekt "Atmosphaerische Diagnostik - Teilprojekt: Dreidimensionale Aufnahme von Aerosolverteilungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Fachhochschule Wildau, Fachrichtung Physikalische Technik durchgeführt. Entwicklung einer Messvorrichtung auf der Basis der elektronischen, digitalen Holographien zur Aufnahme von Aerosolverteilungen und ihrer Kinetik in der Atmosphaere. Das Geraet ist konzipiert fuer die Messung in Flugzeugen. Die photographische Methode funktioniert bereits und ist auch bereits im Feld gelaufen. Gegenwaertig wird das Geraet mit CCD-Kamera aufgebaut. Einsatz im Labor schon erprobt. Bildverarbeitungssystem erfolgreich erprobt.
Das Projekt "Stufenlos regelbarer Heizoelbrenner kleiner Leistung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Forschungszentrum Lampoldshausen, Hauptabteilung Raumfahrtantriebe durchgeführt. Das Projekt gliedert sich in drei Phasen: In der ersten Phase soll schwerpunktmaessig die Gemischaufbereitung mit unterschiedlichen Duesen untersucht werden. Dabei handelt es sich um die Problematik der Aenderung von Tropfendurchmesser und Spruehwinkel bei unterschiedlichen Massenstroemen und Druckverhaeltnissen. Diese Untersuchungen werden mit optischen Diagnoseverfahren wie z.B. mit einem CCD-gestuetzten Bildverarbeitungssystem oder mit PDPA durchgefuehrt. In der zweiten Phase wird eine Steuerung zur Regelung des Luftdurchsatzes bei durch die Leistungsvorgabe eingestelltem Oelvolumenstrom entwickelt, die auch mit einer integrierten lambda-Sonde die optimale CO2-Emission gewaehrleistet. In der dritten Phase wird die Schadstoffbildung, insbesondere die NO2-Bildung in diesem System untersucht. Messungen mit Hilfe der Heissgasanalyse liefern Temperatur und Konzentrationsfelder, welche Hinweise auf deren Entstehungsmechanismen und -orte geben. Die Entwicklung und der Test eines Brenner-Prototypen schliessen die Arbeit ab, wobei herstellergerechte Bauteile zum Einsatz kommen.
Das Projekt "Ortsaufgeloeste Laseranalytik zur spektroskopischen on-line und in-situ Bestimmung von Bodeninhaltsstoffen mittels Bildanalytik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie und Lehrstuhl für Hydrogeologie, Hydrochemie und Umweltanalytik durchgeführt. Die Gefaehrdung groesserer, zumeist dicht besiedelter Flaechen durch akute Stoerfaelle und die grosse Zahl von bekannten Altlasten hat zu einem schnell anwachsenden Bedarf bei der Bodenanalytik gefuehrt. Ziel dieses Projektes ist, mit einem kombinativen spektroskopischen Verfahren eine on-line und in situ Messtechnik zur Bestimmung von Bodeninhaltsstoffen zu schaffen. Dieser Ansatz erlaubt nicht nur ein grossflaechiges Screening mit hohem Probenaufkommen, sondern gestattet auch bei einem Stoerfall eine schnelle Analyse vor Ort mit entsprechenden 'remote sensing' Faehigkeiten. Das Verfahren stellt damit eine sinnvolle Ergaenzung der konventionellen analytischen Labormethoden dar. Durch die Kombination von unterschiedlichen spektroskopischen Verfahren koennen praxisgerecht mehrere Schadstoffklassen mit einem System erfasst werden. Die Integration von unterschiedlichen Techniken wird hier durch die Verwendung von faseroptischen Elementen bzw. Sensoren und einer CCD-Kamera als zweidimensionalem Detektor erreicht. Durch den Einsatz von faseroptischen Sensoren koennen zum einen mittels laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopische (LIF) Fluorophore anthropogenen Ursprungs detektiert werden (zB polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe), andererseits koennen mit de gleichen Sensor durch Variation der Laserenergie und Wellenlaenge bzw der Zeitaufloesung der Beobachtung auch Schwermetalle im Boden mittels laserinduzierter Plasmaspektroskopie (LIPS) erfasst werden. LIF soll im Rahmen dieses Projektes vorrangig zur Detektion von komplexen Gemischen anthropogener Schadstoffe im Bogen (zB Altoele, Deponiesickerwaesser in Tonabdichtungen) und natuerlicher Fluorophore (zB Huminstoffe) genutzt werden. Die Identifizierung und Quantifizierung solcher Gemische soll durch zeitaufgeloeste Fluoreszenz-Anregungs-Emissions-Spektren (EES) erfolgen. LIPS dient dagegen zur elementspezifischen Identifizierung von Schwermetallen im Boden. Die Technik benoetigt keine Vorbehandlung oder nasschemischen Aufschluss des Bodens und ist durch die Verwendung einer gemeinsamen faseroptischen Schnittstelle auch kompatibel zu konventionellen geologischen Probenahme-verfahren (zB hydraulischen Rammsonden). Im Rahmen dieses Projektes soll durch die Fusion von faseroptischen Sensoren und der CCD-Kamera zu einem faseroptischen Sensorarray die 2-D-Natur einer CCD-Kamera besonders genutzt werden. Die raeumlich getrennte Fuehrung von optischen Signalen mittels Faseroptiken findet ihren Gegenpart in der zweiten Dimension des Detektors. Der besondere Synergismus dieser Kombination folgt aus der Moeglichkeit komplementaere optische Sensorsignale mit einem Detektor nutzen zu koennen. Sensorsignale unterschiedlicher Art (zB Fluoreszenzemissionsspektren nach Anregung mit unterschiedlichen Wellenlaengen) oder unterschiedlicher Herkunft (raeumliche verteilte Sensoren) werden in dieser Anordnung gleichzeitig und mit einem imaging-Spektrographen raeumlich getrennt auf dem CCD-Detektorchip ...
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