Inline-VOC-Messung

• VOC steht für „volatile organic compounds“, d. h. organische Moleküle in der Gasphase. Eine Probe dieser Gasphase kann man in eine Gasmaus verfrachten und zur Untersuchung einschicken – aber wie kann man beständig die Zusammensetzung der Abluft kontrollieren?

In dieser und der nächsten Blog-Ausgabe sollen fünf verschiedene Methoden zur  Inline-VOC-Messung vorgestellt werden:

• PID (Photoionisationsdetektor)
• IR (Infrarotspektroskopie)
• WLD (Wärmeleitfähigkeitsdetektoren, „Heatflow“)
• HC-Sensoren
• FID (Flammenionisationsdetektor)

Nicht alle Messmethoden sind unter allen Umständen zugelassen, d. h. wenn seitens der Behörde eine kontinuierliche Messung verlangt wird, hat der Betreiber nur die Wahl von einer feststehenden Liste.

Welche Messmethoden für welche Messobjekte zugelassen sind, kann man auf den Listen des Umweltbundesamtes nachsehen. Liste Nr. 12, Organische Verbindungen als Gesamt-C, enthält nur FID-Geräte. Wer also kontinuierlich messen muss, weil er die Auflage dazu erhalten hat, kann die im Folgenden vorgestellten Methoden nicht nutzen: Sie eignen sich nur für interne Zwecke.

Photoionisationsdetektor PID

Bei einem Photoionisationsdetektor wird der Probengasstrom mit einer UV-Lampe bestrahlt. Die durch die Anregung erzeugten Ionen wandern zu Elektroden, wo sie registriert werden. Schematisch ist die Funktionsweise auf Seite 1 einer Präsentation zu sehen. Das erhaltene Signal variiert natürlich in der Stärke, abhängig davon, welche Moleküle angeregt wurden (dies nennt man „Responsefaktor“). Die Messeinrichtung muss daher auf das Gas oder die Gasmischung (welche in der Zusammensetzung nicht schwanken darf) geeicht werden, da der PID immer ein Summensignal liefert, das nicht in einzelne Komponenten aufgetrennt werden kann.

Auf der privaten Website „ABC-Gefahren“ findet sich ein ausführlicher Artikel zur Messung mit dem PID, leider ohne bibliografische Angaben. Ein weiterer sehr interessanter Artikel stammt von dem Hersteller ansyco GmbH und beasst sich mit Fehlerquellen und ihrer Abhilfe bei der PID-Messung.

PIDs haben nicht unbedingt Schrankgröße. Tragbare Geräte sind mittlerweile auf Handheld-Dimensionen miniaturisiert und können z. B. zur schnellen Untersuchung auf Brandbeschleuniger (bei Verdacht auf Brandstiftung) eingesetzt werden. Sie sind zwar um einige Größenordnungen weniger empfindlich und spezifisch als ein ausgebildeter Hund, brauchen aber weder Pausen, noch Chappi noch ihr Herrchen, wie der – leider etwas werbliche – Artikel eines Herstellers zeigt.

Infrarot-Gassensoren

Über Thermografie – der Bildgebung durch Infrarotstrahlung – und der Infrarotspektroskopie wurde an dieser Stelle schon berichtet.  Laut Wikipedia besteht die Infrarot-Gassensorik in einer Miniaturisierung der IR-Spektroskopie. Das stimmt teilweise. Ein IR-Spektrometer ist in der Lage, das gesamte für die Messung interessierende Frequenzgebiet zu untersuchen, wohingegen Gasanalysatoren zur Emissionsüberwachung meistens spezifisch für eine oder mehrere Wellenlängen eingerichtet werden und somit Moleküle mit einem bestimmten Strukturelement erfassen. Ein Sensor eignet sich somit nicht für alle Stoffe.

Handelsüblich sind Einkomponenten- oder Mehrkomponenten-IR-Systeme, wie z. B. dieses Gerät, das im Grunde ein vollständiges Spektrometer darstellt, oder der einfacher aufgebaute Einstrahl-IR-Analysator, der durch den Wechsel seiner Wellenlängenfilter dennoch mehrere Komponenten nebeneinander bestimmen kann.

Wärmeleitfähigkeitsanalysatoren (WLD)

WLD-Detektoren kommen immer dann zum Einsatz, wenn die zu untersuchenden Komponenten nicht IR-aktiv sind. Sie sind auch dann sinnvoll, wenn für jede zu untersuchende Komponente eine andere Wellenlänge angefahren werden muss, weil die Wärmeleitfähigkeitsdetektion in diesem Fall einfacher ist.

Wie der Wärmeleitfähigkeitsdetektor in einem Gaschromatographen funktioniert, ist allgemein bekannt. In diesem Fall hat man es immer mit maximal zwei Komponenten zu tun, dem Trägergas und einer einzelnen Verunreinigung, welche durch die GC-Säule aus dem Gemisch separiert wurde. Bei drei oder mehr Komponenten lässt sich die Zusammensetzung nicht entschlüsseln, es sei denn, man benutzt ein FT-WLD – eine Fourier-transformierte Wärmeleitfähigkeitsdetektion, auch FTTCA abgekürzt.

Adresslisten

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• Eine Auswahl aus dem Fachartikelarchiv von PROCESS
• Kategorie „Analysentechnik für Chemie und Biochemie“ bei Seibt

In der nächsten Ausgabe geht es um HC-Sensoren und, etwas ausführlicher, um den FID.