GERSTEL Aktuell Nr. 47 - Gerstel GmbH & Co.KG
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Ein Zeppelin NT kann rund eine Tonne technischen Geräts transportieren und erlaubt<br />
umfangreiche Onlinemessungen in für Atmosphärenforscher interessanten Lufthöhen.<br />
len. In einem Labor ist all dies in der Regel ohne Probleme<br />
möglich. An Bord eines mit technischem Equipment<br />
ausgestatteten Flugzeugs oder Zeppelins jedoch<br />
herrscht stets ein gewisser Platzmangel. An das Aufstellen<br />
eines herkömmlichen GC/MS-Systems ist hier<br />
gar nicht zu denken. Um von einem Luftschiff oder<br />
Flugzeug aus online die Außenluft zu untersuchen,<br />
braucht man eine spezielle Anfertigung, die kleiner<br />
in den Ausmaßen und gleichzeitig kompakter und<br />
leichter ist, ohne jedoch Wünsche in puncto Leistungsfähigkeit<br />
offen zu lassen. Im Gegenteil, bringt<br />
es Dirk Bremer, Leiter der Entwicklung bei GERS-<br />
TEL, auf den Punkt. Zudem sind die Anforderungen<br />
bezüglich der Flugsicherheit zu erfüllen, so sei etwa<br />
B<br />
A<br />
D<br />
E<br />
der Nachweis zu erbringen, dass sich auch bei einem<br />
Notfall keine Teile vom Instrument lösen.<br />
Als Kooperationspartner des Forschungszentrums<br />
Jülich hatte Dr. Robert Wegener im Jahr 2005<br />
<strong>GERSTEL</strong> den Auftrag erteilt, ein GC/MS-System zu<br />
entwickeln und zu bauen, das sich im Forschungsflugzeug<br />
HALO (High Altitude LOng Range) des Deutschen<br />
Zentrums für Luft- und Raumfahrt montieren<br />
und während des Flugs betreiben lässt. Das Pflichtenheft<br />
setzte den Entwicklern, allen voran Bernd Rose,<br />
dem Leiter der mechanischen Entwicklung und des<br />
Prototypings bei <strong>GERSTEL</strong>, enge Grenzen:<br />
Für den Einbau des Systems an Bord galten die Maße<br />
der üblicherweise verwendeten Instrumentenracks<br />
C<br />
Blick in den GC/MS-<br />
Einschub. Geordnetes<br />
Durcheinander mit<br />
GC-Modulen (A), Massenspektrometer<br />
(B),<br />
Adsorptionsfallen (C),<br />
Kühlschläuchen (D) und<br />
Vorpumpe (E).<br />
(ca. 1,2 m x 0,6 m x 0,8 m). Gleichzeitig durfte das<br />
komplette System ohne Instrumentenrack nicht mehr<br />
wiegen als 116 kg. Zum Vergleich: Ein konventionelles<br />
GC/MS-System wiegt wenigstens rund 130 kg –<br />
ohne Kühlfallen, Steuerung, Autosampler, Gasversorgung,<br />
Instrumentenrack und Befestigungsmaterial.<br />
Gemäß der Leistungsbeschreibung des Forschungszentrums<br />
Jülich sollten in größerer Höhe alternierend<br />
Luftproben für die Dauer von drei Minuten<br />
Länge genommen und die Analyten im Gegenstrom<br />
desorbiert werden; während eine Probe schließlich<br />
analysiert werden würde, sollte bereits die nächste<br />
Probe in der Mache sein. Wasser musste aus der Matrix<br />
entfernt werden, um die Säule nicht zu überfrachten,<br />
was einen weiteren Anreicherungs- sowie einen<br />
Thermodesorptionsschritt umfasst. Um schließlich<br />
noch eine große Bandbreite an unterschiedlich polaren<br />
Verbindungen bestimmen und gleichzeitig kurze<br />
Zykluszeiten zu gewährleisten, sollten unterschiedliche<br />
Trennsäulen möglichst rasch auf Temperatur<br />
gebracht und wieder abgekühlt werden; eine Aufgabe,<br />
die <strong>GERSTEL</strong> unter Einsatz zweier gesonderter<br />
„Low-Thermal-Mass“-Module erreichte. Letztlich<br />
ging es dann noch darum, die Analyten eindeutig zu<br />
identifizieren, weshalb es zum Einsatz eines massen-<br />
Flugzeug-Version<br />
Zeppelin-Version<br />
Elektronik<br />
GC/MS<br />
Kühleinheit<br />
Das GC/MS-Rack, bestehend aus Elektronikeinheit (rot), GC/MS (grün) und Kühleinheit<br />
(blau). Rechner und Gasflaschen wurden auf dem Rack angebracht. Aus<br />
Sicherheitsgründen sind die Seiten mit Aluminiumplatten abgedeckt.<br />
12 <strong>GERSTEL</strong> <strong>Aktuell</strong> – Dezember 2013