Entwicklung eines Meßsystems für Umweltgase mit verbesserter Empfindlichkeit und Selektivität

Zusammenfassung

In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines Meßsystems für Umweltgase vorgestellt. Für den Nachweis von Umweltgasen stehen verschiedene Meßverfahren zur Verfügung. Es wird ein Überblick über die gängigsten Methoden der Umweltmeßtechnik gegeben. Ziel der Entwicklung ist die Verbesserung von Empfindlichkeit und Selektivität bei Meßsystemen aus Halbleitergassensoren, um den hohen Anforderungen der Umweltanalytik für die Emissions- und Immissionsmessung gerecht zu werden.
Im ersten Schritt der Entwicklung wird die Anreicherung von Gasen durch Physisorption auf dem Polymer-Absorbermaterial Tenax TA untersucht. Dafür wird ein 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 des Probenflusses bei der Probennahme praktisch ermittelt und mit den theoretischen Modellen verglichen. Die Ergebnisse zeigen ein Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit 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 und Algorithmen soll die Erhöhung des Informationsgehalts der Halbleitergassensoren erreicht werden. Es werden Sensorarrays aus AL₂O₃ mit sehr geringer Baugröße verwendet.
Die Wechselwirkung von Gasen, wie NO, H₂, CO, CH₄ und NH₃ mit SnO₂-Halbleiterschichten wird unter dem Einfluß der Dotierung, der Deckschicht, der Gaskonzentration und der Temperatur näher betrachtet. Außerdem werden die Verbesserungen der Querempfindlichkeiten und der Nachweissicherheit verschiedener SnO₂-Sensoren durch spezielle Messungen mit Temperaturprofilen vorgestellt.

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