Het Apparaat – FTIR-veldspectrometer

Deze maand schreef ik een artikel in UT-Nieuws over de FTIR-veldspectrometer. Dit apparaat meet de thermische straling van bijvoorbeeld planten of gesteenten en wordt gebruikt in het onderzoek van het ITC. Dit onderzoekscentrum voor aardobservatie is sinds begin 2010 een faculteit van de Universiteit Twente. Daarom werd het tijd om UT-studenten en -personeel nader kennis te laten maken met de apparatuur van het ITC. Lees verder voor het hele artikel.

De FTIR-veldspectrometer. Onderzoeker Martin Schlerf vult vloeibare stifstof bij die gebruikt wordt voor de koeling van de detector.

Een belangrijk deel van het onderzoek aan de faculteit ITC is het meten van processen aan het aardoppervlak door middel van satellietobservatie. Temperatuurveranderingen in tijd en plaats geven bijvoorbeeld inzicht in de fotosynthese, ‘transpiratie’ en groei van planten. Satellieten kunnen echter niet de ware temperatuur van het aardoppervlak meten, maar slechts de stralingswarmte. Dankzij de FTIR-veldspectrometer, een mobiel meetinstrument voor thermische straling, kan de ware temperatuur wel worden berekend.

De schakel tussen de ware temperatuur en de stralingswarmte is namelijk de emissiecoëfficiënt van het object (bijvoorbeeld een plant of gesteente). De FTIR-veldspectrometer meet niet slechts een enkele emissiecoëfficiënt van het object, maar het verloop van deze coëfficiënt als functie van de golflengte van de infraroodstraling. De grafiek die zo ontstaat heet een emissiespectrogram en is een unieke vingerafdruk van het materiaal. Met behulp van dit spectrogram is het materiaal identificeerbaar en is bovendien de ware temperatuur vanuit de ruimte te berekenen.

Het nauwkeurig kunnen interpreteren van satellietdata is relevant voor meerdere onderzoeksgroepen binnen het ITC. De speciale aanpassingen voor deze FTIR-veldspectrometer werden dan ook ontworpen door medewerkers van de vakgroepen Natural Resources, Earth Systems Analysis en Water Resources (van respectievelijk de hoogleraren Andrew Skidmore, Freek van der Meer en Bob Su). De vakgroepleden Martin Schlerf, Chris Hecker, Joris Timmermans, Henk Wilbrink en Boudewijn de Smeth combineerden een commercieel verkrijgbare spectrometer met zelfontworpen optiek, kalibratie- en positioneringssystemen en analysesoftware. Onderzoekers kunnen het apparaat sneller en nauwkeuriger kalibreren dan spectrometriesystemen die kant en klaar te koop zijn. De draaibare spiegel (zie foto hieronder) stelt het instrument bovendien in staat om objecten onder meerdere hoeken te meten. Een laserpointer helpt bij het richten op het onderwerp. De aanduiding FTIR, die staat voor Fourier Transform Infrared, heeft betrekking op de manier waarop het spectrogram wordt afgeleid uit de electromagnetische straling die het object uitzendt. De uiterst ruisarme detector van de spectrometer wordt gekoeld met vloeibare stikstof.

De draaibare spiegel van de detector met een laserpointer voor het uitlijnen

De faculteit ITC kreeg het instrument en de ontworpen optiek eind augustus 2009 geleverd. Tijdens een promotieonderzoek naar het verband tussen de aanwezigheid van reptielen en (veranderingen in) oppervlaktetemperatuur in Spanje onderging het apparaat een eerste veldtest. Na uitvoerige verdere tests gaat het instrument deel uitmaken van het onderzoek van tenminste twee promovendi en hun afstudeerders. Zo komt onder andere het vochtverlies bij planten ten gevolge van temperatuurverschillen aan bod. Een andere nuttige toepassing van de FTIR-veldspectrometer is het verzamelen van emissiespectrogrammen (‘vingerafdrukken’) van allerlei plant- en steensoorten. Zo kunnen zij in de toekomst eenvoudiger vanuit de ruimte worden geïdentificeerd.