Ziel der Untersuchung ist es jeweils, eine mögliche Schädigung durch atmosphärische Korrosion frühzeitig zu erkennen. Die Patina ist eine Korrosionsschicht, die sich auf metallischen Objekten im Kontakt mit Luft bildet. Ihre Zusammensetzung und Dicke ist ein Indikator für den Zustand des darunter liegenden Metalls. Nach Korrosionsangriffen durch Schadstoffe hat die Patina-Schicht eine andere chemische Zusammensetzung und Schichtdicke als vorher.

"Die Wirkungsweise des Analyseverfahrens beruht auf photothermischen und photo-akustischen Komponenten", erläutert Werner Faubel. "Der photothermische Sensor bestimmt Tiefenprofile und somit die Dicke der ausgebildeten Korrosionsschicht. Mit dem photoakustischen Sensor können Änderungen der Schicht-Zusammensetzung charakterisiert werden."

Das photothermische Meßverfahren basiert auf der Wechselwirkung zwischen der zu untersuchenden Materie und einem gepulsten Laserstrahl, der an der Oberfläche absorbiert wird. Dabei kommt es zu einer periodischen Erwärmung und folglich zur Ausbreitung von Wärmewellen, die sich in die angrenzende Luft übertragen und eine Änderung des Brechungsindexes und der Dichte hervorrufen. Diese lokale, temperaturabhängige Dichteschwankung bewirkt die Ablenkung eines weiteren Laser-Meßstrahls, die abhängig vom untersuchten Material ist und mit dem photothermischen Sensor gemessen wird. Bei einer Änderung der Materialzusammensetzung, etwa an den Übergangszonen zwischen Patina-Schicht und Metall, werden unterschiedliche Ablenkungen gemessen, und die Schichtdicke kann so bestimmt werden.

Beim photoakustischen Meßverfahren erfolgt die Untersuchung der Schicht mit einem gepulsten Lichtstrahl, der in die Probe eintritt und diese erwärmt. Je nach eingestrahlter Wellenlänge des Lichts werden unterschiedliche Bestandteile der Patina-Schicht angeregt. Beim Austritt der Wärme aus der Probe wird eine dünne Luft-Grenzschicht (etwa 2 mm) erwärmt, die sich aufgrund der periodischen Anregung abwechselnd ausdehnt und verdichtet. Dadurch werden in der angrenzenden Luftsäule, wie bei einer Schallwelle, Druckschwankungen erzeugt, die von dem photoakustischen Sensor, einem Mikrofon, als Schallwellen aufgenommen werden. Auf diese Weise können Änderungen in der Materialzusammensetzung schnell erkannt werden.

Eine geeignete Maßnahme zum Korrosionsschutz ist das Auftragen von Lacken als zusätzliche Schutzschicht gegen Schadstoffeinflüsse. Auch durch solche künstlichen Schutzschichten bis zu 30 Mikrometern ist mit dem neuartigen Sensorsystem eine Analyse der darunter liegenden Schichten möglich.

Das Analyseverfahren, das im Rahmen eines gemeinsamen EU-Projektes mit der Universität für Angewandte Kunst in Wien und der Aristoteles Universität in Thessaloniki entwickelt wurde, ist prinzipiell für alle wärmeleitenden Feststoffe einsetzbar. So kommt das Verfahren auch in der Automobilindustrie zum Einsatz, wo Autobleche vor der Verarbeitung auf störende Ölfilmreste hin untersucht werden. Derzeit suchen die Karlruher Wissenschaftler einen Industriepartner zur Entwicklung eines tragbaren Systems. Darüber hinaus sie die neuartige Oberflächenanalyse an alten und neuen Papieren erproben, um in Bibliotheken frühzeitige Konservierungsmethoden zu ermöglichen.