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Wegen der zunehmenden Menge an LIBS-Daten von der Marsoberfläche sowie deren speziellen Herausforderungen bei der Analyse untersucht diese Arbeit, wie die Modellierung und Simulation von solchen LIBS-Spektren genutzt werden kann. Das Ziel ist es, Einblicke in die Eigenschaften von LIBS-Plasmen auf dem Mars zu erhalten und Modelle zu entwickeln, die bei der Analyse von realen Missionsdaten helfen können. Die Modellierung basiert sich auf einem stationären Plasma im lokalen thermischen Gleichgewicht (LTE). Das Plasma wird dabei in eine Reihe homogener Zonen unterteilt und Spektren werden mit dem Strahlungstransfer entlang einer eindimensionalen Sichtlinie durch diese Plasmazonen simuliert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass auf LTE basierende Modelle gut auf LIBS-Spektren angewendet werden können, die unter Marsbedingungen gemessen wurden. Für zeitaufgelöste Daten kann die Anpassung eines Zwei-Zonen-Modells verwendet werden, um Einblicke in das Plasma zu erhalten und um die Elementkonzentrationen mit einer höheren Genauigkeit zu bestimmen, als es mit der Saha-Boltzmann-Methode möglich wäre. Allerdings sollten Nicht-Gleichgewichtseffekte in den frühesten und spätesten Phasen der Plasmalebensdauer berücksichtigt werden. Für zeitlich integrierte Spektren, wie sie bei aktuellen Marsmissionen gemessen werden, sind Anpassungen durch ein Zwei-Zonen-Modell aufgrund von zu langen Rechenzeiten nicht durchführbar. Stattdessen kann durch die Methode der spektralen Entmischung eine Überlagerung von Spektren unterschiedlicher Temperaturen und Dichten verwendet werden. Diese Methode ermöglicht keine direkten quantitativen Bestimmungen der Elementkonzentrationen, ist aber ein hervorragendes Werkzeug, um einen Überblick über die große Menge an Informationen zu erhalten, die in den Spektren enthalten sind. / Motivated by existing challenges in analysing LIBS spectra and the increasing quantity of Martian LIBS data, this thesis investigates the modelling and simulation of LIBS spectra for the application to LIBS data in Martian atmospheric conditions. This is done with the aim of providing insights into the characteristics of Martian LIBS plasmas as well as developing tools to assist the analysis of real mission data. The modelling of LIBS spectra is based on a stationary plasma in local thermal equilibrium (LTE). The plasma is then divided into a series of homogeneous zones and spectra are simulated using radiative transfer along a one-dimensional line-of-sight through the plasma zones. The results of this thesis show that spectral modelling based on LTE can be well applied to LIBS data in Martian atmospheric conditions. For time-resolved data, fits of a two-zone plasma model can be used to obtain insights into the plasma as well as improved concentration estimates compared to the Saha-Boltzmann plot method. However, attention to non-equilibrium effects should be given at the earliest and latest stages of the plasma lifetime. For time-integrated spectra, i.e. real mission data, fits of the two-zone model are not feasible due to too long computation times. Instead, a superposition of spectra of different temperatures and densities, i.e. the spectral unmixing method, can be used. Although not directly allowing for quantitative concentration estimates, the method is a great tool to overview the large amount of information contained in the spectra.

This study took place in Malawi, south eastern Africa. Metal contamination of water and soil is a threat to the environment and human health and is a serious concern in many countries including Malawi. Blantyre is the city of commerce where most of the industry is located along the banks of the main rivers. Some of the industries produce wastewater, which due to poor access to wastewater treatment plants, is discharged without treatment into the environment. A match factory in Blantyre uses chromium as a colouring agent for match heads and very high concentrations of chromium(VI) have been measured downstream the factory with concentrations up to 56 mg/l, which is much higher than the WHO guidelines of 0.05 mg/l.  Chromium(VI) mainly occurs as chromate CrO42- and dichromate Cr2O72- ions. They are both toxic and carcinogenic and can cause mutations and chromosomal aberrations.   The aim of the study was to evaluate the efficiency of Granular Ferric Hydroxide (GFH) in adsorbing and removing chromium from an aqueous phase. Wastewater was collected from the match factory and by optimizing relevant parameters the removal efficiency was maximized. The parameters optimized were pH, dosage and contact time and the effect of initial concentration. After respective experiment, all samples were analysed for chromium using microwave plasma atomic emission spectroscopy (MP-AES).   The optimum pH was chosen to 8.0, the dosage to 17.4 g GFH/l and the contact time to 2 hours for a 95% removal of total chromium in undiluted wastewater. The removal efficiency of the GFH was 2.84 mg Cr/g GFH. To implement wastewater purification with GFH a number of practical issues have to be taken into consideration. Above all, a sufficient stirring method has to be devised as the removal efficiency is much affected by improper stirring. / Denna studie genomfördes i Malawi, sydöstra Afrika. Metallföroreningar i vatten och mark är ett stort problem i många länder, inklusive Malawi. Landets centrum för industri och handel ligger i Blantyre där de flesta av industrierna ligger längs med floderna. En del industrier genererar utsläppsvatten och på grund av dålig tillgång till vattenreningsteknik och vattenreningsanläggningar släpps mycket av det förorenade vattnet obehandlat ut i naturen. En tändsticksfabrik i Blantyre använder kromsalter för att färga tändstickshuvudena röda och höga koncentrationer av sexvärt krom har uppmätts nedströms fabriken. De uppmätta koncentrationerna var upp till 56 mg/l vilket är betydligt högre än WHO:s riktvärde på 0,05 mg/l. Sexvärt krom förekommer som kromat CrO42- och dikromat Cr2O72- joner vilka båda är mycket toxiska och cancerframkallande och därmed ett hot mot miljö och människor. Syftet med studien var att undersöka om granulära järnoxider (GFH) kunde användas som en adsorbent för att rena utsläppsvatten från kromater. Utsläppsvatten hämtades från tändsticksfabriken och genom att optimera relevanta parametrar kunde GFHns adsorbtionseffektivitet maximeras. Parametrarna som optimerades var pH, dos, kontakttid och initialkoncentration. Efter respektive experiment mättes kromkoncentrationen med mikrovågsplasma atomemissionsspektroskopi (MP-AES) Det optimala pH-värdet valdes till 8.0, dosen till 17.4 g GFH/l med en kontakttid på 2 timmar för en 95.3% reningsgrad på outspätt utsläppsvatten. Adsorptionseffektiviteten på GFHn var 2.84 mg Cr/g GFH. För att implementera vattenrening med GFH behöver flera praktiska aspekter tas med i beaktning. Framförallt är det viktigt med en bra omrörning för att GFHn ska kunna adsorbera effektivt.