Optisch-zugängliche Anlagen
Für die Anwendung von optischer in-situ Messtechnik in reaktiven Strömungen ist eine optische Zugänglichkeit der verwendeten Anlagen nötig. Während dies bei Anlagen, welche bei atmosphärischem Druck betrieben werden und keine besonderen Sicherheitsauflagen erfüllen müssen, in jedem Fall gegeben ist, da sie offen betrieben werden, erzeugt die optische Zugänglichkeit an anderen Anlagen größere Herausforderungen.
Reaktoren zur Nanomaterialsynthese müssen meist in einem geschlossenen System betrieben werden, damit Kontaminationen des Labors und Personals durch potenziell toxisches Aerosol vermieden werden. Zur Anwendung makroskopischer optischer Messtechnik (also mit vergleichsweise geringer Vergrößerung) ist die Installation von Quarzglas-Fenstern am Reaktor meist ausreichend. Licht, z.B. eines Lasers oder einer LED, kann durch eine Seite eingekoppelt werden. Durch ein anderes Fenster kann das Signal, z.B. gestreutes Licht, Fluoreszenz oder Inkandeszenz, durch ein Objektiv auf den Sensor einer Kamera abgebildet werden.
Die Anwendung mikroskopischer Messtechnik (siehe Titelbild) erfordert in der Regel sehr kurze Arbeitsabstände (3-5 cm von der Objektebene), weshalb die Abbildung durch ein Fenster (meist etwa 30 cm) von der Objektebene ungeeignet ist. In diesen Fällen werden die Reaktoren entweder offen betrieben, wenn die Sicherheit trotzdem gewährleistet werden kann, oder durch die Konstruktion entsprechender Adapter. Letztere ermöglichen den geschlossenen Betrieb bei gleichzeitiger Verwendung eines Mikroskops.
Bei der Einrichtung eines optischen Zugangs ist darauf zu achten, inwiefern der Prozess „gestört“ wird, also ein Prozess ohne optischen Zugang nicht mehr vergleichbar ist. Dies passiert zum Beispiel durch unterschiedliche Wärmekapazitäten und Wärmeleitfähigkeiten der Materialien oder Ausbuchtungen in der Anlage zur Einrichtung des Zugangs, welche das Strömungsfeld beeinflussen. In manchen Versuchsanlagen werden sogar für den Prozess entscheidende Teile optisch zugänglich gemacht, wie z.B. Kolben und Zylinderwand im Verbrennungsmotor oder, wie in der nachfolgenden dargestellt, die Bipolarplatte einer Elektrolysezelle.
