von
Die Zusammensetzung der uns umgebenden Atmosphäre und der Vorgänge in dieser haben große Auswirkungen auf unsere Umwelt und unser Klima. Flüchtige Luftschadstoffe wie Stickstoffdioxid und Ozon werden in der EU jedoch nur grobmaschig überwacht: Für jeden einzelnen Schadstoff gibt es eigene Geräte, Echtzeitmessung ist kaum möglich. Die an der TU Graz entwickelte laserbasierte Technologie ermöglicht hingegen die kontinuierliche Echtzeitanalyse von Luftschadstoffen sowie deren Interaktion mit anderen Gasen und Sonnenlicht.
Birgitta Schultze-Bernhardt vom Institut für Experimentalphysik der TU Graz entwickelt ein tragbares Gerät, das innerhalb von Sekundenbruchteilen die Konzentration mehrerer gasförmiger Schadstoffe in der Umgebungsluft hochgenau bestimmt. Dazu hat sie zuletzt 2025 eine mit 150.000 Euro dotierte Förderung des Europäischen Forschungsrats (ERC Proof of Concept Grant) bekommen. Das nun präsentierte Gerät erlaube den mobilen Einsatz zur Überwachung der Luftqualität sogar mit einer Reichweite von einigen Kilometern, teilte die TU Graz mit.
Die Forscherin erklärte das Prinzip dahinter: Wenn energiereiche Strahlung im ultravioletten Bereich auf Gas-Moleküle trifft, regt sie diese elektronisch an und bringt sie zum Rotieren und Vibrieren. Diese sogenannten rovibronischen Übergänge sind bei jedem gasförmigen Stoff anders und verschlucken auf jeweils einzigartige Weise einen Teil des Lichts, das auf sie fällt. "Jeder Luftschadstoff hat also seinen eigenen Fingerabdruck, den unser UV-Dualkamm-Spektrometer erkennt", so Schultze-Bernhardt. Ihr Forschungsteam hat sich dies für eine neue Methode des Umweltmonitorings zunutze gemacht: Als Ausgangspunkt für seine Messung erzeugt das Gerät innerhalb von Sekundenbruchteilen zwei Laserimpulse im ultravioletten Spektralbereich.
Die erste Version ihres Spektrometers hatte Schultze-Bernhardt mit ihrem Team vor rund zwei Jahren entwickelt. Es war damals das erste seiner Art weltweit, die Dimension im Labor war allerdings noch sperrig. Die neue Version hat nur noch die Größe eines Umzugskartons. Das wurde unter anderem möglich, weil nun eine statt zwei Laserquellen den Doppellaserimpuls erzeugt. "Dadurch können wir auch auf die aufwendige elektronische Stabilisierung des Systems verzichten", erklärte die Forscherin. Die Kooperationsinitiative NAWI Graz finanzierte die neuartige Laserquelle des aktuellen Spektrometers im Rahmen ihrer Infrastrukturförderung.
Das nun vorliegende Spektrometer könne die Frequenzen des UV-Lichts mit einer Auflösung von einem GHz detektieren. Das sei deutlich genauer als herkömmliche UV-Spektrometer. Bei Tests mit Formaldehyd konnte das Team bereits neue, grundlegende Erkenntnisse über die UV-Licht-Absorption des Luftschadstoffs gewinnen: "Wir haben Absorptionsmuster gemessen, die vorher noch nie experimentell beobachtet wurden, da die Auflösung bisheriger Geräte zu ungenau war", so Schultze-Bernhardt.
Messungen in Graz hätten gezeigt, dass die Rotationskonstanten von Formaldehyd, wie sie seit den 1960er-Jahren in Lehrbüchern stehen, sich als falsch herausgestellt haben. "In Zusammenarbeit mit dem Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Atomic and Molecular Physics in den USA haben wir die Werte dieser fundamentalen, molekülspezifischen Kenngröße um bis zu 15 Prozent korrigiert", schilderte Schultze-Bernhardt.
"Mit unserem Gerät lässt sich prinzipiell jede halbwegs durchsichtige, gasförmige Substanz genau detektieren. Und wir arbeiten derzeit daran, die Konzentration von mehreren Schadstoffen mit einer einzigen Messung zu bestimmen", schilderte sie die Einsatzmöglichkeiten. Messungen von Luftschadstoffen und Gaslecks in Städten und Industriegebieten könnten damit wesentlich präziser und einfacher durchführbar werden.
(S E R V I C E - L. Fürst, M. Pal, A. Eber, B. Bernhardt et al.: Free-running Ultraviolet Dual Comb Spectroscopy enabling Absolute Electronic Fingerprinting, In: PhotoniX 7, 33 (2026)DOI: https://doi.org/10.1186/s43074-026-00250-6)
ZU APA 104 CI - THEMENBILD - Illustration zum Thema Feinstaub aufgenommen am 22. November 2011 (gestellte Szene). Die Luftqualität in Österreich hat sich 2011 gegenüber dem vorigen Jahr weiter verschlechtert. Demnach wurde bei jeder zweiten Messstelle der Jahresgrenzwert überschritten. Mit Ausnahme von Vorarlberg sind alle Bundesländer betroffen. Der stärksten Feinstaubbelastung im Jahr 2011 waren die Einwohner von Leibnitz, Graz und Wien ausgesetzt. APA-FOTO: BARBARA GINDL
