Es ist wichtig zu wissen, dass man mit unterschiedlichen Messmethoden auch unterschiedliche Größen bestimmen kann. Deswegen ist es besonders wichtig zu wissen, welches die ursprüngliche Messgröße ist.
Am häufigsten wird die Menge eines Spurenstoffs bestimmt, wobei die erhaltene Messgröße auf das Luftvolumen bezogen wird, indem der Spurenstoff ursprünglichvorhanden war. Man erhält also die Konzentration des Spurenstoffs (Anzahl der reagierenden Teilchen) pro Volumeneinheit. Als Maßeinheit wird entweder [Moleküle / cm³] verwendet oder man gibt die Masse des Spurenstoffs pro Volumeneinheit in [µg / m³] an (µg: Mikrogramm). Der Umrechnungsfaktor für Ozon zwischen diesen beiden Maßeinheiten beträgt 8 x 10-11 µg / m³ bezogen auf ein Molekül / cm³. Bei chemischen Messmethoden werden nicht alle in dem untersuchten Luftvolumen vorhandenen Moleküle umgewandelt, das Messgerät erkennt oder "sammelt" also weniger Stoffmenge, als eigentlich vorhanden ist. Im Labor wird der Wert möglichst genau bestimmt und es werden auch die Substanzen berücksichtigt, die das Messsignal beeinflussen.
Es gibt auch Messungen, die nicht die absolute Menge einer Substanz bestimmen, sondern deren relativen Anteil. Für den Wasserdampf in Erdbodennähe wäre das eine Angabe in %. Alle anderen Spurenstoffe sind aber in viel geringeren Mengen in der Atmosphäre vorhanden. Dafür verwendet man die Maßeinheiten [ppm] ("parts per million"), was für "Teilchen pro Million"steht, bzw. [ppb] ("parts per billion"), was für "Teilchen pro Milliarde" steht, und [ppt] ("parts per trillion"), was für "Teilchen pro Billion" steht. Man redet hier von einem "Mischungsverhältnis", wobei jeweils dazu gesagt wird, ob es sich um ein Verhältnis, bezogen auf die Masse oder aber bezogen auf die Anzahl der Partikel handelt. Im ersten Fall wird der Maßeinheit ein "m" und im letzteren ein "v" für Anzahl pro Volumen zugefügt. Das Mischungsverhältnis gibt also das Verhältnis der Menge einer Luftkomponente zur Gesamtmenge der Luft wieder.
Bei optischen Messungen wird nicht die Konzentration einer Luftkomponente gemessen, sondern es wird die Gesamtzahl der Teilchen bestimmt, die sich im Strahlengang des Analyselichts befinden. Die sog. Säulendichte ist die Gesamtzahl der Teilchen, die sich in einer Luftsäule mit der Querschnittsfläche 1 cm² befinden. Für Ozon wird die Säulendichte in [Dobson] angegeben. Mit diesem Gerät (Dobson-Spektrometer) das von Dobson entwickelt wurde, werden heute noch die meisten bodengebundenen Messungen des Gesamtozons durchgeführt.
Dobson-Spektrophotometer
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Das Dobson - Spektrometer beruht wie alle optischen Methoden zur Bestimmung von Stoffkonzentrationen auf dem Lambert - Beerschen Gesetz:
1. Begriff der Photometrie
Als Photometrie bezeichnet man die Konzentrationsbestimmung einer Substanz, indem gemessen wird, wie sie die Intensität elektromagnetischer Strahlung schwächt.
Farbige Lösungen absorbieren Licht bestimmter Wellenlängen. Z.B. Eine blaue Lösung absorbiert die Wellenlängen um 580 nm, also gelbes Licht.
Das Gesetz ist nach den beiden Wissenschaftlern Johann Heinrich Lambert (1728 - 1777) (Abhängigkeit von Schichtdicke und transmittiertem Licht) und August Beer (1825-1863) (Abhängigkeit der Konzentration des Absorbanten und transmittiertem Licht) benannt:
I1 = I0 * e -δ * C *d
Das Produkt C * d ( Konzentration * Weglänge) ist die gesuchte Säulendichte. Der Absorptionsquerschnitt δ gibt die Wahrscheinlichkeit an, dass ein Molekül Elektromagnetische Strahlung absorbiert, wenn es die Energie eines Photons aufnimmt. Aus der Absorption kann auf die Konzentration der absorbierenden Moleküle geschlossen werden.
Ozon absorbiert das Licht der Sonne in den Spektralbereichen zwischen 220 nm und 350 nm
[76,77]
[78]
Beim Durchgang von Licht durch Materie mit der Konzentration C wird wird also die Intensität des Lichts I0 abgeschwächt zu I1 und zwar proportional zu dessen Dichte und Dicke.
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