Das Aethalometerprinzip

Das Aetholometer arbeitet auf der Basis der kontinuierlichen Messung der Schwächung eines Lichtstrahls durch ein Filter während dessen Beladung mit Aerosolteilchen. Die Rate der Rußablagerung auf dem Filter ist proportional zur Rußkonzentration im Aerosol. Bei konstantem Luftdurchsatz ergibt sich die zugehörige Rate des Anwachsens der Lichtschwächung. Die nachfolgende Abbildung zeigt das Funktionsprinzip.

Ein Quarzfaserfilter wird durch eine transparente Maske so abgedeckt, daß nur über einen Teil des Filters (0,95 cm²) Luft gesaugt wird und die darin enthaltenen Partikel abgeschieden werden. Das Licht einer stabilisierten Lampe beleuchtet gleichmäßig die beladene und die unbeladene Filterfläche.

Die durch die beiden Filterflächen transmittierte Strahlung wird mit Hilfe zweier Photodioden gemessen. Das Meßsignal der Photodiode unter der unbeladenen Filterfläche dient dabei als Referenzsignal I₀, die
andere Diode liefert das eigentliche Meßsignal.

Als optische Abschwächung (attenuation) wird dann der negative natürliche Logarithmus der beiden Signale definiert:
A_t0= -ln (I/I₀)_t0

Während I₀ konstant bleibt, ändert sich durch die Abscheidung von Rußpartikeln der Wert von I
(I wird kleiner). 

Zum Zeitpunkt t₁ erhält man  A_t1 = -ln (I/I₀)_t1

Die Differenz A_t1 - A_t0 ist direkt proportional zur Änderung der Massenbelegung des Filters mit Ruß.
Es gilt: dM = (A_t1 - A_t0)/s = dA/s

s [m²/g] ist hierbei der spezifische Absorptionsquerschnitt von Ruß auf dem speziellen Filter und den speziellen optischen Bestandteilen des Aethalometers und darf nicht mit dem Absorptionsquerschnitt von Rußpartikeln im luftgetragenen Zustand verwechselt werden. Somit kann man die in Intervall t₀ - t₁ vorhandene mittlere Rußkonzentration berechnen:
BC = dA * F/V
F: Meßfläche
V: gesammeltes Luftvolumen

Da mit zunehmender Belegung die Änderung der Strahlungsabschwächung nicht mehr linear von der Massebelegung des Filters mit Ruß abhängt, wird im Aethalometer eine Abschwächung von 0,75 nicht überschritten. Wird dieser Wert erreicht, so erfolgt automatisch ein Filterbandtransport. (In der Software können 0,25; 0,5 oder 0,75 als Grenzwert festgelegt werden, wobei in der Darstellung und Abspeicherung diese Werte mit dem Faktor 100 multipliziert sind.)
Bei dem Wert 0,75 beträgt die Belegung des Filters 3,75 µg. Somit erhält man bei einer typischen Konzentration von 2 µg/m³ Ruß und einem Durchsatz von 5 l/min eine Filterstandzeit von 6 Stunden 15 Minuten.