Das Gerät ist modular aufgebaut, besteht aus einem 19-Zoll Gehäuse (in unterschiedlichen Breiten) in dem ein Steuerungsmodul, sowie 1 – 6 Messkanäle bzw. Fluorometer-Module eingeschoben werden können. Die verfügbaren Gehäusegrößen entnehmen Sie bitte dem weiter unten angeführten Kapitel „Gehäuse und Größen“. Die Stromversorgung erfolgt über ein externes 12 V Netzteil bzw. über eine externe 12 V Batterie (z.B. Autobatterie). Die Kommunikation zwischen dem Steuerungsmodul und den Messkanälen erfolgt über ein internes Bussystem.
Jeder Messkanal ist als vollwertiges Fluorometer ausgeführt mit eigener Lichtquelle, eigenen optischen Filtern und einem hochempfindlichen Photodetektor. Zu jedem Messkanal gehört auch ein eigener Lichtleiter inklusive Mess-Sonde. Das Steuerungsmodul übernimmt die zeitliche Koordination der einzelnen Messvorgänge sowie die Datenspeicherung und die Schnittstellenkommunikation. Durch das Vorhandensein von bis zu 6 Messkanälen ist echte Mehrkanalmessung möglich. Es können gleichzeitig mehrere Tracer an mehreren Positionen detektiert werden.
Räumlich Begrenzung durch Lichtleiterlänge
Mittels einer direkt ins Grundwasser eingebrachten faseroptischen Sonde wird die lokale Farbstofftracer-Konzent- rationen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung gemessen. Messgröße ist die vom Tracer emittierte Fluores- zenzlichtleistung, die als Maß für die Tracer-Konzentration dient. Das Gerät ist einsetzbar für alle Farbstoff-Tracer, die im sichtbaren Spektralbereich fluoreszieren.
Die spektrale Anpassung an den jeweiligen Tracertyp erfolgt mittels entsprechender LED-Lichtquelle und einfach auswechselbarer (optischer) Filter. Die rechnerische Nachweisgrenzen (3 x sigma) des Tracers liegt bei gut fluoreszierenden Tracern, wie beispielsweise Uranin im Bereich von ca. 5 ng/l (5 ppt bzw. 0,005 ppb). Die praktische Nachweisgrenze für Uranin liegt im Bereich von 50 – 100 ng/l (50 – 100 ppt).
Messvorgang und Messdatenspeicherung sind vollautomatisiert und passieren im Gerät. Das Messintervall kann zwischen 1 Sekunde und 4 Stunden betragen. Bei Kalibration vor Ort sind auch quantitative Messungen möglich. Das Auslesen der gespeicherte Messdaten erfolgt über eine robuste RS232-Schnittstelle. Mittels eines mitgelieferten seriell/USB-Adapters ist die Übertragung an eine USB-Schnittstelle problemlos möglich.
Lichtleiter:
Als Lichtleiter werden speziell konfektionierte und robuste Lichtleiterkabel eingesetzt, die je nach Art der Anregungswellenlänge des Tracers aus Kunststoff-Lichtleitern oder Quarzlichtleitern bestehen. Kunststofflichtleiter sind robuster und billiger, jedoch von Ihrer Lichttransmission auf den sichtbaren Spektralbereich eingeschränkt. Zudem weißen Kunststofflichtleite eine relativ hohe Signal-Dämpfung auf, wodurch bei größeren Lichtleiterlängen (> 30 m) teils empfindliche Signalverluste entstehen. Die maximale Länge von Kunststoff-Lichtleitern beträgt daher 50 m.
Der maximale Durchmesser des Lichtleiters wird durch den Sondenkopf der faseroptischen Sonde bestimmt und beträgt maximal 25 mm. Die Lichtleiter können damit auch in Grundwasserbohrungen mit 2“ – Durchmesser ein- gebracht werden.
Für Tracer, die im UV-Bereich anzuregen sind müssen Quarzlichtleiter verwendet werden, die von der mechanischen Belastbarkeit her deutlich empfindlicher und von den Kosten deutlich teurer sind. Vor allem größere Längen von Quarzlichtleitern sind kostenintensiv. Die maximale Länge von Quarzlichtleiterkabeln ist daher primär eine Kostenfrage, aber aus technischen Gründen ebenfalls mit ca. 50 m limitiert.
Detektierbare Tracer:
Alle gängigen Tracer der Hydrogeologie im sichtbaren Spektralbereich, wie Uranin, Eosin, Pyranin, Sulphorhodamin B, Sulphorhodamin G, Rhodamin B, Rhodamin WT, etc.
Neu ist die Detektierbarkeit von Tracern, die im UV-Bereich anzuregen sind, wie Na-Naphtionat, Tinopal CBS-X oder oder auch Polyasparaginsäure (PASP). Für derartige Tracer sind UV-LEDs als Lichtquelle, geeignete optische Filter sowie spezielle Lichtleiter mit geeigneter Transmission im UV-Bereich notwendig.
Tracer-Nachweisgrenze:
Die Nachweisgrenze der zu detektierbaren Tracer hängt von vielen Einflussgrößen ab. Die wichtigste Einflussgröße ist die Fluoreszenzfähigkeit des eingesetzten Tracers (Quantenausbeute), aber auch die Temperatur und chemische Zusammensetzung der Wassermatrix (gelöste Stoffe, pH-Wert), die Trübung, sowie die Eigenfluoreszenz der Wassermatrix, die zu einem hohen Anteil von darin gelösten organischen Stoffen abhängt (Background-Fluoreszenz).
Die Background-Fluoreszenz ist neben der Fluoreszenzfähigkeit des Tracers die eigentlich limitierende Einflussgröße für die Nachweisgrenze. Die Background-Fluoreszenz in natürlichen Gewässern steigt üblicherweise mit abnehmender Anregungswellenlänge des Tracers an. Dies ist zu einem erheblichen Teil auf organische Verbindungen in natürlichen Gewässern zurückzuführen, die naturgemäß im UV absorbieren (DNA), daher auch fluoreszieren können und damit eine Untergrund- bzw. Background-Fluoreszenz bewirken. D.h. bei Tracern, die im UV-Bereich angeregt werden, ist mit deutlich höherer Background-Fluoreszenz zu rechnen, als bei Tracern im sichtbaren Bereich.
Umgebungslicht:
Jegliche Optische Messung wird von Umgebungslicht beeinflusst. Um die Einkopplung von Umgebungslicht in die faseroptische Sonde zu erschweren, wird der Sensorkopf durch eine abschraubbare Schutzhülse aus rostfreiem Stahl geschützt. Um dem Wasser einen guten Zutritt zum Sensorkopf zu gewährleisten, verfügt die Schutzhülse über schlitzförmige Zutrittsöffnungen. Dadurch kann jedoch auch Umgebungslicht die faseroptische Sonde erreichen und die Messung beeinflussen. Um den Einfluss auf die Fluoreszenzmessung trotzdem gering zu halten, wird das Anregungslicht getaktet und von der Messelektronik nur der getaktete Anteil bewertet. Trotzdem ist bei Messungen in Oberflächengewässern eine weitgehende Abschirmung des Umgebungslichtes anzuraten. Dazu bieten wir speziell Überschubrohre an.
Stromversorgung:
Grundsätzlich wird das Fluorometer über 12 V Gleichspannung (DC) versorgt. Dies kann über ein mitgeliefertes, externes 12 V Netzteil geschehen aber aber auch mittels einer hinreichend leistungsfähigen 12 V Batterie (z.B. einer Autobatterie). Mittels spezieller Anschlusskabel kann das Gerät problemlos an eine Batterie angeschlossen werden.
Gehäuseformen und Größen:
Als Gehäuse kommt ein 19-Zollgehäuse in 3 unterschiedlichen Größen (Breite) zum Einsatz. Die Breiten betragen 24 TE, 48 TE und 63 TE, wobei 1 TE (Teilungseinheit) ca. 4,08 mm entspricht. Die Gehäusegrößen bzw. Gehäuseabmes- sungen können der nachstehenden Tabelle entnommen werden. Mit den 3 Gehäusegrößen können jeweils maxi- mal 2, 4 oder 6 Fluorometer-Module aufgenommen und betrieben werden. Jedes Fluorometer-Modul verfügt über einen eigenen Lichtleiter in Standard- oder kundenspezifischer Länge mit integriertem Sensorkopf.
Durchfluss-Messzelle:
Für Abflussmessungen im industriellen Bereich bieten wir eine Durchfluss-Messzelle aus rostfreiem Stahl an, in die der Sondenkopf des Lichtleiters eingeschraubt werden kann. Die Messzelle besitzt ein Schauglas (gegen Umgebungslicht abdeckbar), sowie ein mechanische Wischervorrichtung. Mit Hilfe der Wischervorrichtung können von der Sensorfläche Schmutz und Anlagerungen sowie Luftblasen entfernt werden.