photoakustik eine gasanlysenmethode im vergleich

5/9/2018 Photoakustik eine Gasanlysenmethode im Vergleich - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/photoakustik-eine-gasanlysenmethode-im-vergleich 1/

Photoakustik:

Eine Gasana/ysemethode

im Verg/eich

URS BbGlI, ROLF PLEISCH, Ebrnat ingen

Zusammenfassung:

Die heuie Ublichen Gerate zur Bestimrnung von Gaskonzentrationen sind

meist zu insiabil oder dann ZlI aufwendig in Anschaffung und Uruerhalr .

Eine interessante Neuentwicklung, basierend auf der Methode der pho-

toak ust ischen Spektroskopie, er rnoglicht dank ihrer Stabili tat und Preis-

gunstigk eir den Einsatz fur Dauerubcrwachungen und Regelungsaufga-ben.

Un principe de la spectroscopie photoacoustique pour les analyses de gaz

- Resume

Les appareils it mesurer des concentrations de gaz uses aujourd'hui sont

presque tous peu stables ou trop chers en acquisition et en entretien. Un

appareil nouvellement developpe, base sur Ieprincipe de la spectroscopie

photoacoust ique, rend possible la survei llance permanente et la regula-

tion de concentrations.

Gas analyser based on photoacoustical spectroscopy - Abs tract

The gasanalyzers common today are often not stable and expensive in ac-

quisition and maintenance. An analyzer recently developped based on

the photoacoustical spectroscopy makes it possible to measure gas con-

cerurations permanently in moni toring or control systems.

1. Einleitung

Durch die zunehmende Sensibilisierung fur Umweltfragen

sind in den letzten Jahren neue Gebiete der Messtechnik

ins Blickfeld einer weiteren Offentlichkeit geraten. Nach

den ersten grosseren Smog-Katastrophen in den funfziger

Jahren begann man vorerst, den Schadstoffausstoss

(Emissionen) bei einzelnen Verursachern zu messen.

Gleichzeitig begann man Messgerate zu entwickeln, wel-

che die wesentlich kleineren Konzentrationen (Immissio-

nen) detektieren konnten, die auf den Menschen noch

schadliche Auswirkungen haben konnen. Diese Gerate furLabor- und Feldmessungen sind heute technisch ausge-

reift, aber im allgemeinenteuer in der Anschaffung. Zu-

dem benotigen sie fachkundige Bedienung sowie haufiges

Nacheichen.

In den letzten Jahren entstand daruber hinaus das Bedurf-

nis, Gaskonzentrationen zu messen, um Prozesse zu re-

geln. Popularstes Beispiel ist hier die Lambda-Sonde im

Auto-Katalysator, mit der das Benzin-Luft-Gemisch so

geregelt wird, dass der Schadstoffausstoss minimal wird.

Sensoren fur derartige Anwendungen mussen aber stabi-

ler, gunstiger und einfacher in der Wartung sein als die

heute ublichen Gerate ,

192

Irn folgenden sollen die gebrauchlichsten Messprinzipien

und eine Neuentwicklung vorgestellt werden. Qualitats-

kriterien sind die Selektivitat (Unempfindlichkeit gegen

andere Gase), die minimal detektierbare Gaskonzentra-

tionen sowie Reproduzierbarkeit, Langzeitstabilitat, Um-

weltunabhangigkeit und Geschwindigkeit der Messung.

2. Herkornmliche Messprinzipien

2.1 Kolorimetrische Methoden

Aile chemischen Gasmessmethoden beruhen darauf, dass

das zu messende Gas mit einer Substanz chemisch reagiert

und daraufhin die physikalischen Eigenschaften der Re-

aktionsprodukte gemessen werden. Eine einfache und zu-

verlassige Realisation fur einzelne Messungen und Ar-

beitsplatzuberwachungen sind die Priifrohrchen, deren

Inhaltsstoff'e sich je nach Gaskonzentration verf'arben [1).

Eine komplizierte Losung fur kontinuierliche Messungen

ist das Aufbringen der aktiven Substanz auf einen Papier-

streifen, der an einer Lichtschranke vorbeigefuhrt wird.

Die chemischen Methoden sind meist selektiv und verhalt-

nismassig gunstig, aber im allgemeinen nicht fur quantita-

tive Messungen, sondern eher fur Detektion geeignet.

2.2 Chemolumineszenz

Es gibt chemische Reaktionen zweier Gase, bei denen eine

charakteristische Strahlung entsteht, die sogenannte Che-

molumineszenz. Die Intensitat dieser Strahlung ist pro-

portional zum Massenstrom des Messgases, wenn die Um-

gebungsbedingungen konstant sind und das Hilfsgas in

viel grosserer Menge vorhanden ist als das Messgas. Diese

Methode wird z. B. fur die Messung der Stickoxide NO,

verwendet (2).

2.3 Elektrochemische Zellen

I.e

Q)

'0

o£III

:>!

. ..

2 !

Q ;c.

:: l Gasprobel5------'iii:J

. . .- - > --

- - g - -.> I .

--Q)--W

CD

'0

oc:<

ANODE REACTION

CA TH OD E R EA CT IO N

CELL REACTION

2Pb • 40H-- 2PbO • 2H20 • ce:

02' 2H20 • 4e-__ 40H-

2Pb • 02 + --- 2PbO

Fig. I Schematischer Schnitt dutch einen elektrochetuischen Sauer-

stof fsensor [1/ .

Gas - Wasser - Abwasser 68. Jahrgang 1988 Nr. 4



Elektrochemische Zellen zur Sauerstoffmessung bestehen

aus Diffusionssperre, Luftkathode, Elektrolyten und

einer Anode, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt wird.

Die Geschwindigkeit, mit der Sauerstoff durch die Diffu-

sionssperre (Membrane) zur Luftelektrode gelangen

kann, hangt im Idealfall nur von der Konzentration in der

Atrnosphare abo An der Luftkathode wird der Sauerstoff

zu Hyroxyl-Ionen (OH-) reduziert, welche wiederum die

hinter dem Elektrolyten liegende Anode oxidieren. Nach

dem Faradayschen Gesetz ist der dabei entstehende Stromproportional zum aufgenommenen Sauerstoff. Wie eine

Batterie, die ja auf ahnlichen Prinzipien beruht, haben

elektrochemische Sensoren eine begrenzte Lebensdauer

von typisch etwa einem Jahr bei Umgebungsluft.

Mit ahnlichen Prinzipien werden auch Ozon, Chlor und

weitere Gase gemessen. Diese Sensoren sind relativ gun-

stig, linear und stabil; nachteilig ist aber die bescheidene

Lebensdauer und die nicht in allen Fallen genugende Ge-

nauigkeit.

Nahe verwandt sind die Zirkoniumdioxyd-Sauerstoffsen-

soren, die genauer und in einem grossen Temperaturbe-

reich (bis 1000 0c) fur die Rauchgasmessung eingesetzt

werden.

2.4 Halbleitersensor

Diese Gassensoren nutzen die Widerstandsanderung be-

stimmter Halbleitermaterialien, wenn an deren Oberfla-

che oxidierbare Gase wie Kohlenmonoxyd, Kohlenwas-

serstoffe, Wasserstoff usw. katalytisch verbrennen. Die

Sensoren bestehen aus einem Grundsubstrat, auf das zwei

Elektroden und dazwischen ein halbleitendes Metalloxid

aufgebracht werden. Strornt nun ein oxidierbares Gas

tiber die meist auf mehrere hundert Grad erwarrnte Halb-

leiterschicht, so andert sich deren Widerstandswert. Eine

gewisse Selektivitat lasst sich durch die Wahl des Halblei-

ters (meist Zinnoxyd), dessen Dotierung und die Sensor-temperatur erzielen. Die Anwendung dieser billigen Sen-

soren Iiegt vor allem in der Detektion von explosiven

Gasen.

2.5 Wiirmeleitfiihigkeit

Diese Messmethode benutzt die unterschiedliche Warrne-

leitfahigkeit der Gase, indem die Abkuhlung eines heissen

Platinwendels uber dessen Widerstand gemessen wird.

Diese Methode ist sehr unselektiv und eignet sich nur fur

binare Gemische stark veranderlicher Zusammensetzung.

2.6 Paramagnetische Messzellen

Sauerstoff ist praktisch das einzige paramagnetische Gas.

Sauerstoffwird deshalb von einem Magnetfeld angezogen

und verstarkt dieses gleichzeitig. Bringt man nun einen

diarnagnetischen Stoff ins Magnetfeld, so nehmen die ma-

gnetischen Krafte, die aufihn wirken, mit dem Sauerstoff-

gehalt des Messgases zu. Diese Gerate sind sehr genau,

aber ziemlich aufwendig.

Schwingungsmodus des Molekuls anregen kann. Die ver-

wendete Strahlung reicht vorn nahen Ultraviolett tiber

sichtbares Licht und lnfrarot bis zu Mikrowellen.

1m einfachsten Fall wird die Strahlung durch ein spektra-

les Filter auf das zu messende Gas abgestimmt und durch

eine vorn Messgas durchstrornte Kuvette gefuhrt (siehe

auch Fig. 4). Danach wird die Strahlung gemessen, wobei

die im Messgas erlittene Abschwachung ein Mass fur die

Gaskonzentration in der Kuvette ist. Da hier eine kleine

Differenz der gemessenen Strahlung und nicht etwa dieseselbst der Gaskonzentration entspricht, treten bei klein-

sten Anderungen des Strahlers oder des Empfangers gros-

se Fehler auf. Wird z. B. bei der maximal zu messenden

Gaskonzentration etwa 10070 des Lichtes absorbiert, so

fuhrt die Abnahme der Strahlerleistung urn 10070 durch

Alterung oder Verschrnutzung zu einer Nullpunktdrift in

der Grbssenordnung des ganzen Messbereiches! Derartige

Gerate rnussen deshalb im allgemeinen mindestens taglich

nachgeeicht werden.

Seit etwa 1940 wurden verschiedene Verfahren entwickelt,

urn dieses Problem zu entscharfen. Die Grundidee ist da-

bei immer die gleiche: Man misst auch den Nullpunkt, in-

dem man zusatzlich bei einer andern Wellenlange misst,wo kein beteiligtes Gas absorbiert oder indem man mit ei-

nem Referenzgas misst. Dies erfolgt entweder zeitlich ver-

schoben in der gleichen Messkuvette (Einstrahlphotome-

ter) oder in zwei verschiedenen parallelen Kuvetten (Zwei-

strahl photometer) .

Urn Absorptionsrnessgerate selektiv auf ein bestimmtes

Gas abzustimmen, werden dispersive und nicht-dispersive

Verfahren angewendet. Dispersive Verfahren zerlegen das

Licht einer breitbandigen Strahlungsquelle mittels Pris-

men, Gittern oder optischen Filtern in deren spektrale An-

teile und verwenden dann meist nur ein einziges schmales

Wellen band zur Messung.

Nicht-dispersive Messgerate kommen ohne spektrale Zer-legung aus. Sie benutzen die Absorptionseigenschaften

des zu messenden Gases seiber als Filter. Die meisten die-

ser Gerate gehen auf ldeen zuruck, die K. F. Luft 1943 [4]

ausserte. Er verwendet als Empfanger seines Zweitrahl-

photometers, das in Fig. 2 dargestellt ist, eine mit dem zu

-r~~Synchronmotor

Strahler_~ Strahler

Blendenrad

Vergleichskammer Analysenkammer

Messkammer Messkammer

2.7 Photometrische Absorptionsmessgeriite

Heteroatomige Molekule wie CO, CH4, S02 absorbieren

elektromagnetische Strahlung bei bestimmten Wellen Ian- Fig.2 Schema des nicht-dispersiven Analysengerates von Luft [4}aus

gen, wo die Strahlungsenergie der Photonen gerade einen dem Jahr 1943.

Gaz - Eaux - Eaux usees 68e annee 1988 no 4 19 3



messenden Gas gefullte Kammer. Die periodisch rnodu-

lierte Strahlung erzeugt dabei eine Druckschwankung, die

proportional zur empfangenen Strahlungsintensitat ist.

Diese Druckschwank ung wird dann mittels Mikrostro-

mungsdetektoren oder Kondensator-Mikrophonen ge-

messen und anschliessend elektronisch ausgewertet. 1m

Prinzip handelt es sich dabei urn eine indirekte Anwen-

dung der weiter unten ausfuhrlich geschilderten Photo-

akustik.

Das Gasfilterkorrelationsverfahren beruht darau f, dass in

den Strahlengang periodisch eine mit dem Messgas gefull-

te Gaskuvette gebracht wird, welche die gesamte Strah-

lung im interessierenden Bereich absorbiert.

Prinzipieillassen sich all diese Verfahren auch gemeinsam

anwenden, so dass im Laufe der Jahre eine ganze Familie

von derartigen Geraten entstanden ist [5, 6, 7].

Praktisch aile diese Gerate rnussen aber immer noch sehr

haufig nachgeeicht werden und sind bei guter Qualitat

ziemlich teuer.

3. Photoakustische Messmethode

3.1 Geschichte

1m Jahre 1880 entdeckte Alexander Graham Bell [7], be-

kannt unter anderem als Erfinder des Telefons, dass ein

Schallfeld entsteht, wenn man gewisse Substanzen in ei-

nem geschlossenen Gef'ass periodisch mit Licht bestrahlt.

Der damals Aufsehen erregende Effekt wurde zu einem

Streitpunkt der beruhrnten Physiker jener Zeit wie z. B.

Roentgen, Tyndall, Rayleigh, Pierce. Da aber, wie aus

Fig. 3 ersichtlich, abgesehen vom menschlichen Gehor ein

geeignetes Messgerat fur akustische Wellen fehlte und der

Effekt unverstanden blieb, verebbte das Interesse innert

weniger Jahre. FUnfzig Jahre spater , in der Zwischen-

kriegszeit, erwachte das Interesse wieder. Man begann denEffekt fur wissenschaftliche Messungen im infraroten

Strahlungsbereich einzusetzen [4, 8]. Ende der sechziger

Jahre begannen Kerr [9], Kreuzer [10] und andere mit dem

Einsatz von Lasern in der Photoakustik, urn Spurengase

wie Stickoxide in der Atrnosphare im Bereich (ppb) (Teile

pro Milliarden Teile) zu messen.

" II \,

Fig. 3 Alexander Graham Bell stiess 1880 auf den photoakustischen

Effek t, mit dessen Hilfe er unt er anderem OPI ische Kommunik ation be-

treiben wollte.

Urn 1980 machte Dr. Oscar Oehler von der ETH ZUrich als

einer der ersten Experimente mit Gasanalysegeraten di-

rekt photoakustischer Art mit thermisch modulierten In-

frarotquellen und Interferenzfiltern [II, 12, 13], die zu

einer ganzen Reihe von Patenten fuhrten. Da man in der

Photoakustik direkt die vom Messgas absorbierte Lei-

stung misst und nicht wie beim Absorptions-Photometer

die Abschwachung der Strahlung am Ende der Kuvette, ist

194

es wesentlich ein facher, ein dri ftfreies Gerat zu bauen. Da-

mit wurde es moglich, ein einfaches, genaues Gasanalyse-

gerat zu konstruieren, das nur aile ein bis zwei Jahre ge-

eicht und gewartet werden muss.

3.2 Messprinzip der Photoakustik

Bestrahlt man ein zu messendes Gas mit Strahlung be-

stimmter Wellen lange, so beginnen dessen Molekule zu

schwingen. Dies geschieht immer bei Ubereinstimmungder Energie der Strahlung und einer bestimmten Eigen-

schwingung des Molekules, welche abhangt von der Masse

der Atome des Molek ules, dessen Form und Schwingungs-

modi. FUr heteroatomige kleinere Molekule liegt dabei die

Strahlung im allgemeinen im Bereich 1-15 Mikrometer

Wellenlange, d. h. im nahen bis mittleren Infrarot.

Die Schwingungsenergie der Molekule wird nach wenigen

Mikrosekunden bei Stossen mit benachbarten Molekulen

an diese abgeben, was makroskopisch bedeutet, dass die

Temperatur des Gases zunimmt. Nach dem Gesetz der

idealen Gase ist das aber in einem geschlossenen Volumen

gleichbedeutend mit einer Druckzunahme. Moduliert

man nun die Strahlungsquelle, so resultiert keine Druck-

zunahme, sondern eine synchrone Dr uckzu- und -ab-

nahme, d. h. Schalldruck, der mit einem Mikrophon ge-

messen werden kann. (Fig. 4)

Absorptions-

SpektroskopiePhotoakustik

Infrarot-

quelle

Mess-

Kammer

- - - t > r - - - Detektion

Photodiode Mikrophon

empfangene

Strahlung

Infraschall

Signal

Gaskonzentration Gaskonzentration

Fig. 4 Vergleich der Absorb/ions- (links) und der phot oak ustischen

Messmethode (rechts).

Gas - Wasser - Abwasser 68. Jahrgang 1988 Nr. 4



Der gemessene akustische Druck kann leicht vereinfacht

folgendermassen dargestellt werden:

p =a·Q·L

Y'2n f

wobei p

a

Q

L

Y

f

Druckschwankung peak-peak

Konstante, von Gas und Umwelt abhangig

Empfindlichkeit des Mikrophons

Yom Gas absorbierte Lichtleistung

Gesamtvolurnen der Messzelle

Modulationsfrequenz

Um ein moglichst grosses Signal zu erhalten, muss also das

Mikrophon moglichst empfindlich, die Frequenz rnog-

lichst tief und das Yolumen der Zelle klein sein. Die absor-

bierte Lichtleistung kann wie folgt angenahert werden:

L

wobei I"k

c

p

Strahlung am Zelleneingang

durchschnittlicher Absorptionskoeffizient

fu r das zu messende Gas

Lange des Lichtweges

Yolumenanteil des Messgases

Druck in der Messzelle

Falls der Ausdruck im Exponenten von (2) wesentlich klei-

ner als 1 ist, stehen das Signal p und die Gaskonzentration

c in einem praktisch linearen Zusammenhang, was aller-

dings mit einem absolut kleineren Signal erkauft werden

muss. FUr eine gegebene Konzentration und Linearitat

bleibt zur Erhohung der Empfindlichkeit somit nur eine

Vergrosserung der Strahlungsleistung der Quelle sowie ein

Aufbau der Zelle, der garantiert, dass ein grosser Anteil

der Strahlung in die Zelle eintritt und die absorbierte Ener-

gie sich auf ein kleines Yolumen verteilt.

3.3 Realisierung von photoakustischen Gasanalysatoren

Eines der grbssten Probleme bei Infrarot-Messgeraten ist

die Konstruktion einer stabilen IR-Que/le. Hier wurden

vollig neue Wege beschritten, indem eine Yakuumlampe

mit einem Saphirfenster unter Yerwendung modernster

Yerbindungstechniken hergestellt wurde, die im Gegen-

satz zu normalen Gluhlampen auch im mittleren Infrarot

noch abstrahlen kann. 1m Gegensatz zu den ublichen, in

Umgebungsluft betriebenen IR-Strahler tritt hier einer-

seits keine Oxidation auf (Alterung!), andererseits kann

die Quelle wegen der geringen thermischen Tragheit direkt

thermisch moduliert werden. Bis zu etwa 20mal pro Se-

kunde kann durch schnelles Aufheizen mit grossen Stro-

men (und Abkuhlenlassen) noch eine vernunftige Modu-

lationstiefe erreicht werden. Damit entfallen die sonst

ublichen aufwendigen drehenden Modulationsscheiben

(Chopper).

Ais optische Filter werden sogenannte Interferenzfilter

verwendet, die nur sehr schmalbandig die erwunschten

Wellenlangen passieren lassen. Zur Detektion der Druck-

schwankungen von 12,5 Hz werden spezielle Elektret-

Messmikrophone verwendet, da normale Mikrophone

nur im Gehorbereich von 20 bis 20000 Hz arbeiten. Die

Gaz - Eaux - Eaux usees 68e annee 1988 no 4

(I)

Yerwendung einer derart tiefen Frequenz ergibt ein gros-

ses photoakustisches Signal und eine Unabhangigkeit ge-

gen Uber Larrnein wir k ungen.

1m Gegensatz zu andern Gasmessmethoden benotigt man

fu r die photoakustische Analyse eine geschlossene Mess-

kammer. Dies kann mit unterschiedlichen Methoden rea-

lisiert werden. Bringt man zwischen die Messzelle und die

zu messende Umgebungsluft eine Membrane, so wird der

Gasinhalt der Zelle innert weniger M inuten uber Diffusionausgetauscht. Storende Druckwellen werden abgehalten,

und der Mess-Druckstoss kann trotzdem nicht in die Um-

gebung verpuffen, da die Membrane Frequenzen bis weit

.unter 1 Hz reflektiert. Die herkornmliche Losung ist es,

mit periodisch offenen bzw. geschlossenen Yentilen die

Messzelle von der Umgebung abzutrennen. Dies bedingt

aber den Einsatz einer zusatzlichen Pumpe, mit der aber

gleichzeitigauch Gas von einer entfernten Messstelle

herantransportiert werden kann. (Fig. 5)

Die IR-Quelle wird netzsynchron mit 12,5 Hz gepulst und

ihre Strahlungsleistung auf einen konstanten Wert gere-

gelt. Das Mikrophonsignal wird verstarkt, vorgefiltert

und anschliessend mit einem n-Pfad-Filter integriert. Da-

mit erreicht man einen ausserst grossen Storabstand gegen

Brummeinstrahlung, Larrn, Yi brationen und andere

Rauschquellen. Die Eichung erfolgt mittels Eichpatronen

oder Gasmischgeraten am Einsatzort bzw. in der Service-

werkstatte ,

(2)

MEMBRANE

FILTER FENSTER

Fig. 5 Querschnitt dutch eine photoakustische Messzelle in Original-

grosse.

Ein Gerat mit z. B. einem Messbereich von 2000 ppm CO2

erreicht eine minimale detektierbare Konzentration von

35 ppm, eine Linearitat von 5070 des Messwertes und eine

Reproduzierbarkeit von 20 ppm. Der Hauptvorteil des

Gerates ist die Stabilitat: Garantiert wird eine Drift von

weniger als 10% in 18 Monaten. Der genaue Wert konnte

bis jetzt nicht gemessen werden, da Langzeitversuche nur

Driftfehler in der Grossenordnung der Eichgenauigkeit

ergaben (Fehler durch Gasgemische, Luftdruck usw). Die

Querempfindlichkeit gegenuber praktisch allen Storgasen

ist vernachlassigbar, die Fehler durch Feuchte, Tempera-

tur und Druckschwankungen (Wetter) bewegen sich insge-

samt in der Grossenordnung von wenigen Prozenten.

3.4 Einig~ Anwendungen

Kohlendioxid CO2

spielt sowohl bei Yerbrennungsvor-

gangen wie auch bei der Atmung von Menschen, Tieren

195



und Pflanzen eine zentrale Rolle. Da photoakustische Ge-

rate wartungsarm, stabil und preiswert sind, eroffnen sie

neue Moglichkeiten in der Regelungstechnik. CO2ist ein

guter Indikator fur Lufrqualitat in geschlossenen Raurnen

und kann deshalb fur die Regelung von Klima- und Luf-

tungsanlagen verwendet werden [14]. Bei grosseren Rau-

men mit unterschiedlicher Belegung konnten damit Ein-

sparungen von bis zu 9 0 0 7 0 erzielt werden. In Treibhausern

hingegen tritt bei guter Isolation das Problem auf, dass derCO

2-Gehalt durch die Photosynthese der Pflanzen so weit

absinkt, dass letztere zum Erliegen kommt [15]. Bekannte-

ste Anwendung ist naturlich die Kontrolle von Verbren-

nungsabgasen von Fahrzeugen, Heizkesseln usw. In bio-

technologischen Reaktoren kann das Bakterienwachstum

aus der CO2-Abgabe der Nahrlosung an die Abluft be-

stimmt werden.

Andere Anwendungen sind die Kohlenmonoxyd-Messung

in Abgasen oder fur die Uberwachung der Luft in Tunnels

und Tiefgaragen, Spurenfeuchte- oder Methanmessung in

Biogas oder fur den Explosionsschutz.

3.5 Ausblick

Durch weitere Verfeinerung der Sensortechnologie und

der Auswerte-Elektronik werden weitere, schwach absor-

bierende Gase und/oder kleinere Konzentrationen mess-

bar, was viele Anwendungen in Bereich der Arbeitsplatz-

sicherheit und Immissionsmessungen errnoglicht. Durch

Rationalisierung der Produktion und Integration der

Elektronik wird es andererseits in naher Zukunft rnoglich

werden, extrem gunstige Sensoren fur die Klimaregelung

herzustellen, die den Einsatz auch in kleinen Raumen ren-

tabel machen.

Die Methode der Photoakustik eignet sich aber nicht nurfur die Messung von Gaskonzentrationen, sondern auch

fur Anwendungen in flussigen und festen Phasen. Gelingt

es z. B., den Kohlesauregehalt in Flussigkeiten zu messen,

so ergeben sich viele neue Anwendungen in Medizin, Bio-

technologie und Getrankeindustrie.

4. Schlussfolgerungen

Der Vergleich der bis anhin ublichen Verfahren der Gas-

analyse zeigt, dass deren Einsatz im allgemeinen durch die

fehlende Stabilitat und Selektivitat oder dann durch die zu

hohen Anschaffungs- und Unterhaltskosten stark einge-schrankt wird. Die kurzlich entwickelten, neuartigen pho-

toakustischen Gerate sind inharent stabiler und errnogli-

chen ein besseres Preis-Leistungs- Verhaltnis fur Anwen-

dungen im industriellen und kommerziellen Bereich. FUr

hochprazise Anwendungen in der Forschung einerseits

und Billigstanwendungen andererseits werden aber wei-

terhin andere Methoden von Vorteil sein.

L i te ra t u r vc r ze ich ni s

[I] K. Leichnitz: Prufrohrchen-T aschcnbuch. D ragerwerk A G L u-

beck

[2 ] Tecan AG, 8 63 4 H ombr ec ht ik on

[3J C ity T echnology L td. T echnisches In formationsb latt N r. I: D ie

Stan dard-Sau erstoffm esszelle T yp CIS

[4 J K. F. l.uft. U ber eine neue M et hode der reg ist rierenden G asanaly-

se mit H ilfe der A bsorption ultraroter S t r ahlen ohne spektrale Zer-

legung. Zeitschrift fU r techno Physik, Bd. 24 , S. 9 7 ,1943

196

[5 .J W. Fabinski, U. Deptol la. V erfahren zu r E rhohu rig der Selektivi-

ta t bei N DIR -Fotometern . T echnisches Messen t m , Bd. 47 , H eft 3

(1980),S.113.

[6 ] S. van Dunune, A. Slemeyer, K. Wendt. Mikroprozessorgesteuer-

t e Gasanalysengerate flir die B etriebsm esstechn ik. T echnisches.

Messen t rn, Bd. 54 , S. 41 6,1 987

[7 J A. G. Bell. Am . J. Science, Bd. 20 , S. 305 (1880 )

[8 J M.1. E.Golay. A Pneumatic Infra-R ed D etector. R ev. Sci. lnstr.,

Bd. 1 8, S . 357 ,194 7

[9 J E. L. Kerr, 1.G. Alwood. T he L aser Illum inated A bsorptivity

Spectrophone. A ppl. O ptics, Vol7 , S. 9 15,1 968

[10] L . B . Kreuzer. Ultralow Gas C oncent ration I nfrared A bsorp\ ion

Spectroscopy. J. of A ppl. Physics, Vol. 42, S. 2934 ,.1971

[IIJ O. Oehler, D. Marek, D, Fries. A Simple Photoacoustic Gas D e-

tection System . H elv. Phys. A cta, Vol. 54 , S. 631 (1981 )

[12J D. Sourlier, O. Oehler. A Simple D evice for T race Gas A nalyses in .

the A tmosphere. J. de Physique C olloque, C 6, suppl. au N o 10 ,

Vol. 44 , C 6, S. 587 (1983)

[13J O. Oehler, M. Rosat zin. D im en sionin g an d acou stical decoplin g

of photoacoustical cells. H elv. Phys. A cta, Vol. 57 , S. 76 (1983)

[14J Iva Feder. Energ ieeinsparungen bei L Uftungsan lagen durch cine

kont rollierte A npassu ng des Frischlu ftbedarfes. K urzbericht I nst.

fu r H ygiene und A rbeitsphysiologie der ET H ZUrich

[15J K. Michel. D ie Bedeutung des Kohlendioxids. D er Gartenbau,

109 . Jahrgang, S. 17 3,4 /1988

D ie A utoren : U rs Bogli , dipl. E I.-Ing . ETH , und R olf Plcisch,

dipl. Phys. ETH , sind Projektleiter bei der Firma A ritron A G, L ohwis-

strasse 3 0, C H -81 23 Ebmatingcn

Gas - Wasser - A bwasser 68. Jahrgang 1988 N r. 4

photoakustik eine gasanlysenmethode im vergleich

Documents