Entwicklung eines Systems zur Online-Charakterisierung von Nanopartikeln in der Gasphase auf Basis der Weitwinkel-Lichtstreuung und der Laserinduzierten Inkandeszenz

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und Qualifizierung eines Messsystems zur umfassenden Online-Charakterisierung gasgetragener Nanopartikel in technischen Prozessen. Hierzu wurden die Laser-Messtechniken der Weitwinkel-Lichtstreuung (WALS) und der Laserinduzierten Inkandeszenz (LII) in einen mobilen Aufbau integriert. Besondere Gewichtung kam der multivariaten Analyse der Streulichtdaten zu. Hierzu wurden die Bayessche Statistik und die Hauptkomponentenanalyse (PCA) herangezogen. Erstere erlaubt neben der Bestimmung von Punktschätzern die Quantifizierung der Unsicherheit der Ergebnisse, die PCA eignet sich bei einer hohen Anzahl zu bestimmender Parameter zur recheneffizienten Auswertung.
Das Messsystem wurde zur Charakterisierung eines Rußaerosols aus einem Rußgenerator eingesetzt. Dabei konnte der weite messbare Größen- und Konzentrationsbereich bei beiden Messtechniken demonstriert werden. Der Einsatz von Ergebnissen der Bayesschen Analyse von Streulichtdaten erlaubt ferner eine genauere Auswertung von LII-Daten.
Eine an der Technischen Universität Clausthal entwickelte Sonde zur Probenahme wurde an das Messsystem adaptiert. Messungen an Rußpartikeln aus einem laminaren Flachbrenner demonstrieren das zeitliche Verhalten der Sonde. Der Vergleich der Ergebnisse der optischen Messtechniken mit denen elektronenmikroskopischer Aufnahmen zeigt dabei den Einfluss der Probenahme auf den Verbrennungsprozess auf.
Die Multi-Parameter-Bestimmung von Aerosol-Charakteristika mit der PCA wird an WALS-Daten von Messungen an SiO2-Partikeln bei verschiedenen Versinterungsgraden erläutert. Die Eignung der PCA zur Echtzeit-Analyse überlagerter Partikelfraktionen unterschiedlicher Morphologie wird durch Messungen bei instationärem Betrieb des Partikelgenerators aufgezeigt.