DE102005003878B3

DE102005003878B3 - Messvorrichtung zum Messen photokatalytischer Aktivität einer photokatalytischen Schicht

Info

Publication number: DE102005003878B3
Application number: DE200510003878
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Zastrow
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: WO2006077169A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung photokatalytischer Aktivität einer mit einer Strahlungsquelle bestrahlten photokatalytischen Schicht. Die Vorrichtung enthält eine Messsonde (1) mit einem Messkopf, wobei der Messkopf mit einem auf die photokatalytische Aktivität der photokatalytischen Schicht (3) reagierenden Indikator (5) ausgestattet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass ein auf die photokatalytische Aktivität reagierender Indikator (5) zur Messung der photokatalytischen Aktivität in einem geringen Abstand zur photokatalytischen Schicht (3) positioniert wird. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ist es insbesondere möglich, photokatalytische Schichten zerstörungsfrei und definiert zu messen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Messen photokatalytischer Aktivität einer bestrahlten photokatalytischen Schicht und ein Verfahren, mit dem die photokatalytische Aktivität einer photokatalytischen Schicht gemessen werden kann.
Der photokatalytische Effekt hat in den vergangenen Jahren zunehmende Bedeutung erlangt, nicht nur in der Forschung, sondern auch im industriellen Bereich. Auf dem Markt werden beispielsweise schon Fenster vertrieben, die mit einer speziellen Beschichtung versehen sind, die photokatalytische Aktivität besitzt. Die photokatalytische Aktivität dieser speziellen Beschichtung bewirkt, dass organische Substanzen, die sich auf der deren Oberfläche ablagern, beschleunigt abgebaut werden. Das mit solch einer Beschichtung versehene Fenster reinigt sich somit in gewisser Weise selbst. Ein weiterer Effekt der photokatalytischen Aktivität ist, dass der Kontaktwinkel von Wasser, das sich auf der photokatalytischen Schicht abgelagert hat, stark reduziert wird. Das Bilden von Tropfen auf einer solchen Schicht, das insbesondere bei einer Fensterscheibe unerwünscht ist, wird durch diesen Effekt unterdrückt. Des Weiteren können photokatalytische Materialien zur Luft- und Gasreinigung, zur Wasserreinigung, zur Desinfektion und Sterilisation, und zur eben beschriebenen Oberflächenreinigung eingesetzt werden, um einige Anwendungsgebiete zu nennen.
Der zunehmende Gebrauch von Photokatalysatoren, insbesondere bei industriell hergestellten Produkten, erfordert Messtechniken, die es erlauben, die photokatalytische Aktivität von photokatalytischen Schichten zuverlässig zu bewerten.

Um die photokatalytische Aktivität einer photokatalytischen Schicht zu bewerten ist bekannt, als Indikator für die photokatalytische Aktivität wirkendes organisches Material in Form von Gasen, Flüssigkeiten oder Festkörpern in definierter Weise mit der aktiven Oberfläche der photokatalytischen Schicht in direkten, flächigen Kontakt zu bringen. Die photokatalytische Schicht wird in der Folge in der Regel mit UVA-Licht bestrahlt, wodurch die photokatalytische Schicht aktiviert wird. Der durch die photokatalytische Aktivität bewirkte Abbau des Indikators oder aber der Aufbau von Reaktionsprodukten wird nachgewiesen. Hierfür werden insbesondere spektroskopische Verfahren verwendet. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in der JP 2002228589 A offenbart.

Dieser Stand der Technik hat einige wesentliche Nachteile: Nicht immer können die direkt auf die Oberfläche des Photokatalysators aufgebrachten Indikatoren rückstandsfrei entfernt werden. Die Messmethode ist also nicht zerstörungsfrei.

Des Weiteren erfordern die bekannten Methoden – bei in-situ-Charakterisierung – die Präparation der Messprobe vor Ort, was umständlich und zeitaufwendig, gelegentlich sogar unmöglich sein kann. Damit verbunden ist ein Mitführen von zum Teil giftigen oder gesundheitsschädlichen Chemikalien, wie Farbstoffen, Lösungsmitteln usw. und ihre Anwendung in dafür ungeeigneter Umgebung.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Methoden zur Bewertung der photokatalytischen Aktivität einer photokatalytischen Schicht offenbart sich, wenn Photokatalysatoroberflächen mit ganz verschiedenen Eigenschaften bewertet werden müssen. Dies erfordert einerseits unterschiedliche Applikationstechniken und Vorbereitung der Indikatoren und der Oberflächen, zum anderen hängen die Eigenschaften der Indikatoren selbst von der Oberfläche ab. So können die beispielsweise durch Spektroskopie gewonnenen Messwerte bezüglich des Abbaus des Indikators stark davon abhängen, auf welcher Festkörperoberfläche der Indikator aufgebracht ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deswegen, eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Bewertung der photokatalytischen Aktivität einer photokatalytischen Schicht zu schaffen, die benannte Nachteile des Stands der Technik vermeidet, die insbesondere eine aufwendige Präparation der zu messenden photokatalytischen Schicht unnötig macht, und damit flexibel einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung zur Messung photokatalytischer Aktivität und ein Verfahren zum Messen der photokatalytischen Aktivität nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst.

Die Erfindung offenbart eine Messvorrichtung zum Messen photokatalytischer Aktivität einer mit einer Strahlungsquelle bestrahlten photokatalytischen Schicht, wobei die Messvorrichtung eine Messsonde mit einem Messkopf enthält, und der Messkopf mit einem auf die photokatalytische Aktivität der photokatalytischen Schicht reagierenden Indikator ausgestattet ist, der zur Messung der photokatalytischen Aktivität mit Abstand zur photokatalytischen Schicht positionierbar ist.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich somit von dem Stand der Technik um einen wesentlichen Punkt: nach dem Stand der Technik ist ein flächiges Auftragen des Indikators auf die zu messende photokatalytische Schicht vorgesehen. In der vorliegenden Erfindung ist der Indikator aber einer von der zu untersuchenden Probe losgelösten Messvorrichtung zugeschlagen. Dadurch werden die weiter oben schon erwähnten Nachteile des Standes der Technik, wie die Probleme beim Entfernen des Indikators, wie die komplizierte Präparation der Messprobe vor Ort, sowie auch die Probleme, die bei einer Messung von Photokatalysatoroberflächen mit verschiedenen Eigenschaften anfallen, vermieden.

Um die photokatalytische Aktivität einer photokatalytischen Schicht mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bewerten zu können, bringt man den mit dem Indikator ausgestatteten Messkopf in ausreichende Nähe der photokatalytischen Schicht. Eine flächige Berüh rung des Indikators und der photokatalytischen Schicht ist, im Gegensatz zum Stand der Technik, nicht vorgesehen. Es ist möglich, die Messvorrichtung mit dem Indikator gesondert zu präparieren, und darin an einem gewünschten Einsatzort zu verwenden.

Die Auswertung des Indikators zwecks Bestimmung der photokatalytischen Aktivität der photokatalytischen Schicht ist mit der vorliegenden Erfindung ebenfalls vom Einsatzort unabhängig geworden. Nachdem beispielsweise der in der Messvorrichtung enthaltene Indikator eine gewisse Zeit und in einer gewissen Nähe der photokatalytisch aktiven Schicht ausgesetzt wurde, kann die Messvorrichtung entfernt werden, und der Indikator an einem beliebigen Ort ausgewertet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Indikator auf ein Substrat aufgebracht ist.

Durch das Substrat wird der Indikator in einer stabilen Position gehalten. Dies ist insbesondere für sehr dünne Indikatorschichten vorteilhaft. Neben der Auftragung von Indikatoren in fester Phase eignet sich ein Substrat insbesondere für die Auftragung von Indikatoren in flüssiger und gasförmiger Phase. Des Weiteren erlaubt die Verwendung eines Substrats (bei entsprechender Gestaltung der Messvorrichtung) die gesonderte Präparation des Indikators: So könnte man beispielsweise das Substrat der Messvorrichtung entnehmen, in einer ersten Einrichtung reinigen, in einer zweiten Einrichtung mit einer neuen Indikatorschicht ausstatten, und dann schließlich wieder in die Messvorrichtung integrieren. Neben der Auftragung des Indikators auf der Substratoberfläche kann das Substrat des Weiteren auch so gestaltet werden, dass es den Indikator abdeckt oder einschließt. Ebenfalls möglich ist, dass das Substrat mit dem Indikator getränkt, eingefärbt oder durchmischt ist, sowie auch eine Lösung des Indikators im Substrat möglich ist. Es ist allerdings zu beachten, dass die Eigenschaften des Substrats an die Strahlungsquelle angepasst werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Substrat Glas oder eine Folie ist.

Diesbezüglich soll insbesondere die Anwendung betont werden, einen Klebestreifen, der das Substrat darstellt, mit einem Indikator zu tränken oder einzufärben. Ein solch präparierter Klebestreifen stellt für sich selbst genommen eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zum Messen photokatalytischer Aktivität dar. Aufgrund der Einfachheit solch eines Klebestreifens besteht ein hohes Anwendungspotential. Möchte man beispielsweise die photokatalytische Aktivität von mit einer photokatalytischen Schicht ausgestatteten Fenstern, Kacheln usw. messen, klebt man den präparierten Klebestreifen eine bestimmte Zeit auf die zu untersuchende photokatalytische Schicht auf, und wertet danach den Klebestreifen bequem in einer externen Einrichtung aus.

Auch zu erwähnen ist die Alternative, den Klebestreifen auf den Messkopf aufzukleben. Der Messkopf könnte für diesen Zweck beispielsweise mit einem Glasfenster ausgestattet sein.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Messsonde einen Abstandshalter aufweist.

Der Abstandshalter hat die Aufgabe, den Indikator und die Photokatalysator in einem definierten Abstand zu halten. Insbesondere wird dadurch die Reproduzierbarkeit und die Genauigkeit der Messungen unterstützt. Des Weiteren kann der Abstandshalter vorteilhafterweise als Dichtungsring ausgebildet sein. Durch eine Abdichtung des Raums zwischen Indikator und Photokatalysator wird ein Entweichen der durch die Photokatalyse an der Oberfläche des Photokatalysators erzeugten und für die Übertragung des photokatalytischen Effekts auf den Indikator notwendigen Radikale unterdrückt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Indikator ein organischer Farbstoff, wie beispielsweise Methylenblau, ist, oder aus langkettigen aliphatischen Molekülen, wie beispielsweise Oleinsäure oder Stearinsäure, oder aus gut fluoreszierenden und hochstabilen Perylenderivaten besteht.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strahlungsquelle in der Messsonde integriert ist.

Ist die Strahlungsquelle in der Messvorrichtung integriert, so muss keine externe Strahlungsquelle zur Verfügung gestellt werden. Im Sinne einer handlichen Messvorrichtung eignet sich insbesondere der Einsatz von LEDs oder auch die Verwendung von Lichtleiterkabeln.

Es bestehen viele Möglichkeiten, die Strahlungsquelle zur Bestrahlung der photokatalytischen Schicht zu positionieren. So kann beispielsweise die Strahlungs quelle hinter dem Indikator und, falls verwendet, das Substrat platziert werden, wodurch die photokatalytische Schicht durch den Indikator und, falls verwendet, durch das Substrat hindurch bestrahlt wird. Diese Art von Einsatz der Strahlungsquelle macht allerdings den Einsatz eines Indikators und eines Substrats notwendig, die von der Strahlungsquelle in höchstens geringem Maße beeinflusst werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strahlungsquelle Licht im UVA-Bereich erzeugt.

Der geeignete Spektralbereich der durch die Strahlungsquelle erzeugten Strahlen hängt von den physikalischen Eigenschaften der photokatalytischen Schicht ab. Licht im UVA-Bereich eignet sich insbesondere für den Photokatalysator Titandioxid oder für Photokatalysatoren mit einer ähnlichen Bandlücke, wie beispielsweise für mit Stickstoff, Wolfram oder Niob-Eisen dotiertes Titandioxid, ebenso auch für die Photokatalysatoren Zinkoxid und Zinnoxid.

Verwendet man Photokatalysatoren mit anderen Eigenschaften, so muss die Strahlungsquelle entsprechend angepasst werden. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, Strahlungsquellen zu verwenden, die im UVB-Bereich arbeiten, oder auch im sichtbaren Bereich. Damit verbunden ist auch gegebenenfalls die Anpassung verwendeter optischer Komponenten.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Detektor zum Messen des Abbaus des Indikators mittels Absorptionsmessungen/-Spektroskopie, insbesondere Infrarotabsorptionsmessungen/-Spektroskopie, UV-VIS-Messungen/-Spektroskopie oder Fluoreszenzmessungen/-Spektroskopie in der Messsonde integriert ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Detektionsstrahlungsquelle zwecks Bestrahlung des Indikators zum Messen des Abbaus des Indikators mittels Absorptionsmessungen/-Spektroskopie, insbesondere Infrarotabsorptionsmessungen/-Spektroskopie, UV-VIS-Messungen/-Spektroskopie oder Fluoreszenzmessungen/-Spektroskopie in der Messsonde integriert ist.

Durch die Detektionsstrahlungsquelle wird der Indikator bestrahlt. Der Detektor registriert die Antwort des bestrahlten Indikators. Ändert der Indikator aufgrund seiner Wechselwirkung mit dem aktiven Photokatalysator seine physikalischen Eigenschaften, so registriert dieses der Detektor in einer sich ändernden Antwortfunktion des Indikators. Insbesondere Fluoreszenzmessungen erlauben die Detektion geringster Änderungen der Eigenschaften des Indikators.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Vorrichtung zum Messung der Hydrophilie in der Messsonde integriert ist.

Ein Tropfen einer stark polaren Flüssigkeit, beispielsweise ein Wassertropfen, ändert auf einer photokatalytisch aktiven Schicht seine Eigenschaften. So wird der am Anfang hohe Kontaktwinkel aufgrund des Einflusses der photokatalytischen Aktivität in kurzer Zeit, beispielsweise bei Wasser auf Titandioxid im solaren UVA-Licht in wenigen Minuten, stark reduziert. Kontaktwinkelmessungen, aber auch die Bestimmung der Tropfengröße, insbesondere des Tropfenradius erlauben eine Bewertung der Hydrophilie und damit auch eine Bewertung der photokatalytischen Aktivität der photokatalytischen Schicht. Hier soll insbesondere die Bestimmung des Tropfenradius betont werden, die sich mit einfachen Mitteln in der erfindungsgemäßen Messvorrichtung integrieren lässt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Messelektronik und/oder eine Stromversorgung der Strahlungsquellen in der Messsonde integriert ist.

Die zuletzt genannten vorteilhaften Weiterbildungen haben das Ziel einer Messvorrichtung, die möglichst unabhängig von weiteren Einrichtungen ist. Dies spielt insbesondere für die Verwendung solch einer Messvorrichtung beispielsweise im Außeneinsatz eine Rolle. Des Weiteren ließen sich auch Anzeigelemente in der Messsonde integrieren, die sich ein sofortiges Ablesen der photokatalytischen Aktivität erlauben. Des Weiteren kann die Messvorrichtung auch mit geeigneten Schnittstellen zur Verbindung der Messvorrichtung mit einem PC ausgestattet sein.

Des Weiteren offenbart die Erfindung ein Verfahren zur Messung der photokatalytischen Aktivität einer mit einer Strahlungsquelle bestrahlten photokatalytischen Schicht, enthaltend den Schritt, dass ein auf die photokatalytische Aktivität reagierender Indikator zur Messung der photokatalytischen Aktivität in einem geringem Abstand zur photokatalytischen Schicht positioniert wird.

In bekannten Verfahren wird der Indikator direkt und flächig auf die zu untersuchende photokatalytische Schicht aufgetragen. Damit verbunden sind Probleme, die bei der Präparation des Indikators entstehen kön nen, die bei der Messung des Indikators entstehen können und die bei einem Entfernen des Indikators von der photokatalytischen Schicht entstehen können. Diese Probleme werden durch den erfindungsgemäßen Schritt, dass ein auf die photokatalytische Aktivität reagierender Indikator zur Messung der photokatalytischen Aktivität in einem geringen Abstand zur photokatalytischen Schicht positioniert wird, vermieden. Eine großflächige Verbindung von Indikator und zu untersuchender photokatalytischen Schicht muss erfindungsgemäß für eine Bewertung der photokatalytischen Aktivität der photokatalytischen Schicht nicht gegeben sein: Befindet sich der Indikator in einem geringen Abstand zur photokatalytischen Schicht, so ist es ebenfalls möglich, zuverlässig die photokatalytische Aktivität der photokatalytischen Schicht zu messen. Hierbei sollen aber punktuelle Berührungen von Indikator und photokatalytischer Schicht nicht ausgeschlossen sein. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, wie schon in der Beschreibung der Vorrichtungsansprüche der vorliegenden Erfindung ausgedrückt, das zerstörungsfreie Messen der photokatalytischen Aktivität an beliebigen Orten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Strahlungsquelle die photokatalytische Schicht durch den Indikator hindurch bestrahlt und/oder die photokatalytische Schicht aus Richtung der dem Indikator abgewandten Seite bestrahlt und/oder die photokatalytische Schicht durch den sich zwischen dem Indikator und der photokatalytischen Schicht befindenden Spalt bestrahlt.

Es somit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein flexibler Einsatz der Strahlungsquelle vorgesehen. So kann beispielsweise bei einer mit einer photokataly tischen Schicht ausgestatteten Fensterscheibe die rückseitige Bestrahlung der photokatalytischen Schicht durch die Fensterscheibe hindurch vorteilhaft sein. Möchte man die photokatalytische Aktivität einer photokatalytischen Schicht auf Kacheln oder Fliesen untersuchen, so bietet sich eine Bestrahlung der photokatalytischen Schicht durch den Indikator hindurch an. Sind beide genannten Fälle nicht möglich, so besteht immer noch die Möglichkeit, die photokatalytische Schicht durch eine Bestrahlung durch den sich zwischen Indikator und photokatalytischen Schicht befindenden Spalt hindurch zu aktivieren.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die photokatalytische Schicht vor der Messung der photokatalytischen Aktivität durch die Strahlungsquelle bestrahlt wird und/oder dass die photokatalytische Schicht während der Messung der photokatalytischen Aktivität durch die Strahlungsquelle bestrahlt wird.

Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn gleichzeitiges Bestrahlen und Messen nicht möglich ist. Solche Fälle können beispielsweise bei Messobjekten mit speziellen Geometrien, z.B. mit Vertiefungen oder Einschnitten, auftreten.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass sich während der Messung der photokatalytischen Aktivität ein Abstandshalter zwischen Messvorrichtung und photokatalytischer Schicht befindet.

Der Abstandshalter hat den Zweck, Indikator und photokatalytische Schicht in einem definierten Abstand zu halten. Des Weiteren kann der Abstandshalter als Dichtungsring gestaltet sein. Dadurch wird einem Entweichen der durch die Photokatalyse erzeugten und für die Übertragung des photokatalytischen Effekts notwendigen Radikale aus dem Spalt zwischen Indikator und photokatalytischer Schicht entgegengewirkt. Dies erhöht die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Messungen.

Der Abstandshalter kann sich an der Messvorrichtung befinden. Ebenso kann dieser Abstandshalter an der zu untersuchen photokatalytischen Schicht angebracht sein. Es kann sich bei dem Abstandshalter aber auch um ein einzelnes Objekt handeln, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren sinngemäß eingesetzt wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass als Messvorrichtung eine Messvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11 verwendet wird.

Die Erfindung wird nun anhand zweier Figuren erläutert. Dabei zeigt
1 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Messung photokatalytischer Aktivität einer mit einer Strahlungsquelle bestrahlten photokatalytischen Schicht, und
2 eine Messvorrichtung nach Stand der Technik.
1 zeigt eine Messvorrichtung zur Messung photokatalytischer Aktivität einer mit einer Strahlungsquelle bestrahlten photokatalytischen Schicht.
Die Messvorrichtung enthält eine Messsonde 1. Der Messkopf dieser Messsonde 1 wird gebildet durch einen Indikator 5, der sich auf einem Substrat 6 befindet. Der Indikator besteht aus Methylenblau, einem organischen Farbstoff. Das Substrat, auf dem sich der Indikator 5 befindet, ist eine UVA-lichtdurchlässige Glasplatte. Des Weiteren ist die Messvorrichtung 1 ausgestattet mit einer Strahlungsquelle 2. Die Strahlungsquelle 2 ist in diesem Falle eine LED, die im UVA-Bereich arbeitet. Sie ist innerhalb der Messvorrichtung 1 hinter dem Indikator 5 und dem Substrat 6 platziert. Damit ist möglich, die sich vor dem Messkopf, insbesondere vor dem Indikator 5, befindende Fläche zu bestrahlen.
Des Weiteren sind integriert in der Messvorrichtung 1 eine Detektionsstrahlungsquelle 9 und ein Detektor 8. Die Detektionsstrahlungsquelle ist ebenfalls in diesem Ausführungsbeispiel als LED ausgebildet und arbeitet im Rotbereich des sichtbaren Spektrums. Sie ist demnach geeignet, den Indikator 5 zur Fluoreszenz anzuregen. Dementsprechend ist die Detektionsbestrahlungsquelle 9 in Nähe des Indikators 5 positioniert, um diesen möglichst großflächig zu bestrahlen. Ändern sich die Fluoreszenzeigenschaften des Indikators 5, so wird dieses über den Detektor 8 detektiert. Dieser Detektor 8 befindet sich dementsprechend ebenfalls in Nähe der Indikatorschicht 5.
Alternativ ist es auch möglich, die Absorption des Indikators 5 zu messen. Dies kann entweder in Reflexion oder aber auch in Transmission erfolgen. Auch kann als Detektionsstrahlungsquelle anstatt einer LED im Rotbereich eine Detektionsstrahlungsquelle benutzt werden, die im VIS-Bereich oder im UV-VIS-Bereich arbeitet.
Die Stromversorgung zur Betreibung der Strahlungsquellen und des Detektors sowie die für den Betrieb der Messvorrichtung notwendige Messelektronik ist in dem hinteren Bereich 10 der Messvorrichtung untergebracht, auf der anderen Seite des Messkopfes liegend. Nicht zeichnerisch dargestellt sind Anzeigeelemente, die ebenfalls im Bereich 10 integriert sind. Über ein Datenkabel 11 ist die Messvorrichtung 1 mit einem hier nicht dargestellten PC verbunden.
Die Messvorrichtung 1 ist mit ihrem Messkopf auf eine photokatalytische Schicht 3 gerichtet. Die photokatalytische Schicht 3 besteht aus dem Photokatalysator Titandioxid. Die photokatalytische Schicht 3 bildet die Oberfläche einer Fensterscheibe 4. Der Abstand zwischen photokatalytischer Schicht 3 und Indikator 5 wird durch einen Abstandshalter 7 vorgegeben. Dieser Abstandshalter 7 befindet sich direkt an der Messvorrichtung 1. Durch ihn werden der Indikator und die photokatalytische Schicht parallel in diesem Ausführungsbeispiel einem Abstand von 0,5 mm gehalten. Möglich sind aber auch größere Abstände von bis zu mehreren Millimetern. Des Weiteren ist der Abstandshalter als Dichtungsring konzipiert, wodurch der Luftaustausch zwischen dem Spalt zwischen Indikator 5 und photokatalytischer Schicht 3 mit dem Außenbereich unterbunden ist.
Die photokatalytische Aktivität der photokatalytischen Schicht 3 lässt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren messen. Dies soll anhand eines Ausführungsbeispiels gezeigt werden.
Um die photokatalytische Aktivität der photokatalytischen Schicht 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu messen, führt man die Messsonde 1 mit dem präparierten Indikator 5 an die zu untersuchende photokatalytische Schicht 3 heran, so dass sich Indikator 5 und photokatalytische Schicht in einem geringen Abstand befinden. Diese Situation zeigt die 1.
Um die photokatalytische Schicht 3 zu aktivieren, muss diese mit einer geeigneten Strahlungsquelle bestrahlt werden. Die Bestrahlung kann durch den Indikator hindurch und/oder aus Richtung der dem Indikator abgewandten Seite und/oder durch den sich zwischen dem Indikator und der photokatalytischen Schicht befindenden Spalt erfolgen. 1 zeigt die Situation, in der die Strahlungsquelle 2 hinter dem Indikator 5 angeordnet ist: Die photokatalytische Schicht 3 wird hier durch den Indikator 5 hindurch. bestrahlt.
Wie 1 zeigt, wird durch einen Abstandshalter 7 der Indikator 5 und die photokatalytische Schicht in einem definierten Abstand gehalten. In diesem Falle befindet sich der Abstandshalter an der Messsonde.
Um einen Effekt zu beobachten, wird die photokatalytische Schicht 3 durch Bestrahlung mittels der Strahlungsquelle 2 aktiviert. Die photokatalytische Schicht 3 kann nun vor der Messung der photokatalytischen Aktivität aktiviert werden, oder aber die photokatalytische Schicht 3 wird gleichzeitig mit der Messung der photokatalytischen Aktivität aktiviert, wie es für dieses Ausführungsbeispiel angenommen sein soll.
Durch die photokatalytische Aktivität der photokatalytischen Schicht 3 ändern sich die Absorptions- und Fluoreszenzeigenschaften des Indikators 5. Über Ab sorptions- oder Fluoreszenzmessungen/-spektroskopie mittels der Detektionsstrahlungsquelle 9 und des Detektors 8 werden diese Änderungen des Indikators 5 registriert.
Über die Änderung der Absorptions- oder Fluoreszenzeigenschaften des Indikators 5 erhält man Aufschluss über die photokatalytische Aktivität der photokatalytischen Schicht 3, die sich auf dem hier in der 1 nicht näher dargestellten Anzeigeelement oder auf dem PC ablesen lassen.
Die in 1 gezeigte Messvorrichtung beschränkt sich in ihrer Darstellung auf eine Messung des photokatalytischen Effekts mittels Spektroskopie. Dies soll aber nicht ausschließen, dass eine Vorrichtung zur Messung der Hydrophilie des Photokatalysators in der Messsonde 1 ergänzt werden kann, oder sogar die für die Spektroskopie notwendigen Komponenten vollständig ersetzt. Solch eine Vorrichtung könnte beispielsweise ein Videosystem enthalten. Bringt man nun definiert einen Wassertropfen auf die Oberfläche des Photokatalysators 3 auf, so könnte mit dem Videosystem das zeitliche Verhalten des Wassertropfens beobachtet werden. Diesbezüglich bietet sich beispielsweise die Beobachtung des Tropfenradius oder des Kontaktwinkels an. Das zeitliche Verhalten des Wassertropfens wiederum gibt Aufschluss über die Aktivität des Photokatalysators 3.
2 zeigt eine Messvorrichtung nach Stand der Technik.
Dargestellt ist eine Fensterscheibe 4, die mit einem Photokatalysator 3 beschichtet ist. Auf die Oberfläche des Photokatalysators ist Indikator 5 im unmit telbaren und flächigen Kontakt zum Photokatalysator aufgetragen. Über dieser Anordnung, dem Indikator direkt gegenüberliegend, ist eine Strahlungsquelle 2 positioniert. Mittels der Strahlungsquelle wird der Photokatalysator 3 aktiviert. Durch die photokatalytische Aktivität des Photokatalysators 3 wird der Indikator 5 abgebaut. Dieser Abbau ist beispielsweise mittels Absorptionsspektroskopie nachweisbar.

Claims

Messvorrichtung zur Messung photokatalytischer Aktivität einer mit einer Strahlungsquelle (2) bestrahlten photokatalytischen Schicht (3), wobei die Messvorrichtung eine Messsonde (1) mit einem Messkopf enthält, und der Messkopf mit einem auf die photokatalytische Aktivität der photokatalytischen Schicht reagierenden Indikator (5) ausgestattet ist, der zur Messung der photokatalytischen Aktivität mit Abstand zur photokatalytischen Schicht positionierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator (5) auf ein Substrat (6) aufgebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (6) Glas oder eine Folie ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (1) einen Abstandshalter (7) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikator (5) ein organischer Farbstoff, wie beispielsweise Methylenblau, ist, oder aus langkettigen aliphatischen Molekülen, wie beispielsweise Oleinsäure oder Stearinsäure, oder aus gut fluoreszierenden und hochstabilen Perylenderivaten besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strah lungsquelle (2) in der Messsonde (1) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) Licht im UVA-Bereich erzeugt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Detektor (8) zur Messung des Abbaus des Indikators (5) mittels Absorptionsmessungen/-spektroskopie, insbesondere Infrarotabsorptionsmessungen/-spektroskopie, UV-VIS-Messungen/-spektroskopie oder Fluoreszenmessungen/-spektroskopie in der Messsonde integriert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektionsstrahlungsquelle (9) zwecks Bestrahlung des Indikators (5) zur Messung des Abbaus des Indikators mittels Absorptionsmessungen/-spektroskopie, insbesondere Infrarotabsorptionsmessungen/-spektroskopie, UV-VIS-Messungen/-spektroskopie oder Fluoreszenmessungen/-spektroskopie in der Messsonde integriert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Messung der Hydrophilie in der Messsonde integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messelektronik (10) und/oder eine Stromversorgung (10) der Strahlungsquellen in der Messsonde integriert ist.
Verfahren zur Messung der photokatalytischen Aktivität einer mit einer Strahlungsquelle (2) bestrahlten photokatalytischen Schicht (3) enthaltend den Schritt, dass ein auf die photokatalytische Aktivität reagierender Indikator (5) zur Messung der photokatalytischen Aktivität in einem geringen Abstand zur photokatalytischen Schicht (3) positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (2) die photokatalytische Schicht (3) durch den Indikator (5) hindurch bestrahlt und/oder die photokatalytische Schicht (3) aus Richtung der dem Indikator abgewandten Seite bestrahlt und/oder die photokatalytische Schicht (3) durch den sich zwischen dem Indikator (5) und der photokatalytischen Schicht befindenden Spalt bestrahlt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die photokatalytische Schicht (3) vor der Messung der photokatalytischen Aktivität durch die Strahlungsquelle (2) bestrahlt wird und/oder dass die photokatalytische Schicht während der Messung der photokatalytischen Aktivität durch die Strahlungsquelle bestrahlt wird.
Verfahren nach einer der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich während der Messung der photokatalytischen Aktivität ein Abstandshalter (7) zwischen Messvorrichtung und photokatalytischer Schicht (3) befindet.
Verfahren zur Messung der photokatalytischen Aktivität nach einer der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Messvorrichtung eine Messvorrichtung nach den Ansprüchen 1–11 verwendet wird.