An autonomous sea going Raman/SERS instrument for in situ detection of chemicals in sea water

• Main Author: Kolomijeca, Anna
• Other Authors: Kronfeldt , Heinz-Detlef, Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften, Dähne, Mario, Woggon, Ulrike, Hall, Per
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: 2013
• Subjects: 530 Physik; Ramanspektroskopie; Schadstoff; Meerwasser; Raman spectroscopy; SERS; In-situ-System; Sea water; pollution; Kamen’; Langen; Arktis; Arktis*
• Online Access: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4100; https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:83-opus4-41531; https://doi.org/10.14279/depositonce-3803

Die kontinuierliche Überwachung von Schadstoffen im Meerwasser in sehr geringen Konzentrationen (nM-Bereich) ist von weltweitem Interesse, um einen wirkungsvollen Umweltschutz zu gewährleisten. Zur Realisierung einer technologischen Plattform für derartige Untersuchungen wurde ein autonomes, meerestaugliches In-situ-System für den Nachweis ausgewählter Chemikalien mit Hilfe der oberflächenverstärkten Ramanspektroskopie (SERS) entwickelt und getestet. Die Selektivität und Empfindlichkeit der verwendeten Technik wurde anhand umfangreicher Laboruntersuchungen verifiziert. Dabei kamen mehr als 100 Wasser- und Sedimentproben ausgewählter Orte von 3 Kontinenten (Europa, Amerika und Asien) zum Einsatz. Unter Verwendung eines Mikrosystem-Diodenlasers mit zwei leicht gegeneinander verschobenen Anregungswellenlängen (671,0 nm und 671,6 nm) konnte so erstmalig ein weltweiter Vergleich der Proben mit einer Kombination von SERS und SERDS (shifted excitation Raman difference spectroscopy) durchgeführt werden. Als wesentliche Verschmutzungen ließen sich dabei polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) wie beispielsweise Fluoranthen, Acenaphtylen oder Pyren sowie Biphenyl identifizieren. Diese Substanzen traten dabei häufig in einem Gemisch auf, in seltenen Fällen (< 5 %) jedoch auch als einzelne Komponenten. Aufbauend auf den Laboruntersuchungen erfolgte die Entwicklung eines portablen Raman¬systems. Weiterführende Untersuchungen an Bord eines Forschungsschiffes in der Arktis konnten die Einsatzfähigkeit des Systems unter rauen Umgebungsbedingungen verifizieren. Dabei wurden zahlreiche SERS-Oberflächen erfolgreich hinsichtlich ihrer Eignung zum Schadstoffnachweis sowie ihrer Stabilität analysiert. Die Stabilitätstests auf kurzen (Stunden) und langen (Tage) Zeitskalen erfolgten mit Hilfe von Oberflächenwasser, das über eine Rohrleitung kontinuierlich an Bord gepumpt wurde. Die Substrate zeigten bei einer Lagerung in Frischwasser mit einem Intensitätsabfall von nur 5 % nach 7 Tagen die besten Resultate. In Kontakt ...