Entwicklung eines Meßsystems für Umweltgase mit verbesserter Empfindlichkeit und Selektivität

Abstract

In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines Meßsystems für Umweltgase vorgestellt. Für den Nachweis von Umweltgasen stehen verschiedene Meßverfahrenzur Verfügung. Es wird ein Überblick über die gängigsten Methoden der Umweltmeßtechnik gegeben. Ziel der Entwicklung ist die Verbesserung vonEmpfindlichkeit und Selektivität bei Meßsystemen aus Halbleitergassensoren, um den hohen Anforderungen der Umweltanalytik für die Emissions- undImmissionsmessung gerecht zu werden. Im ersten Schritt der Entwicklung wird die Anreicherung von Gasen durch Physisorption auf dem Polymer-Absorbermaterial Tenax TA untersucht. Dafür wirdein spezieller Vorkonzentrator aufgebaut und die Anreicherung verschiedenster Gase auf dem Absorber durch Infrarotabsorptionsmessungen charakterisiert.Die Zusammenhänge der Gasadsorption und Desorption auf Feststoffen werden unter Berücksichtigung der Stoffgruppe, der Stoffkonzentration und desProbenflusses bei der Probennahme praktisch ermittelt und mit den theoretischen Modellen verglichen. Die Ergebnisse zeigen ein Verbesserung derNachweisempfindlichkeit um bis zu zwei Größenordnungen und eine deutliche Erhöhung der Selektivität durch stoffspezifische Desorptionstemperaturen. Weiterhin befaßt sich die Arbeit im Rahmen der Entwicklung mit der Verbesserung von Halbleitergassensoren. Durch den Einsatz neuer Sensortypen undAlgorithmen soll die Erhöhung des Informationsgehalts der Halbleitergassensoren erreicht werden. Es werden Sensorarrays aus AL2O3 mit sehr geringerBaugröße verwendet. Die Wechselwirkung von Gasen, wie NO, H2, CO, CH4 und NH3 mit SnO2-Halbleiterschichten wird unter dem Einfluß der Dotierung, der Deckschicht, derGaskonzentration und der Temperatur näher betrachtet. Außerdem werden die Verbesserungen der Querempfindlichkeiten und der Nachweissicherheitverschiedener SnO2-Sensoren durch spezielle Messungen mit Temperaturprofilen vorgestellt.