Gasananalyse - Verfahren

 

Mit welchen Verfahren werden Gase gemessen?

Es stehen verschiedene Verfahren der Gasanalyse zur Verfügung, die je nach Anlage, Messobjekt oder Anwendung eingesetzt werden: 

Infrarotspektroskopie:

Infrarotspektroskopie ist eine Methode der Spektroskopie: Bei der optischen Spektroskopie wird Licht (elektromagnetische Strahlung) in die einzelnen Wellenlängen „zerlegt“ und die reflektierenden bzw. absorbierenden Eigenschaften eines Stoffes gemessen. Die Infrarotspektroskopie arbeitet dementsprechend mit infraroter Strahlung. 
Bei der Gasanalyse ist das Prozess-Infrarotspektrometer häufig auf In-Situ-Messungen – also Messungen direkt im Messmedium – ausgelegt und erfordert daher keine Probenentnahme und Probenvorbereitung. Typische Anwendungen sind die Messung von O2, CO, CH4, NH3, H2O und anderen (N)IR-absorbierenden Gasen.
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Gaschromatografie:

Die extraktive Gaschromatografie eignet sich sowohl für gasförmige als auch flüssige Proben. Mithilfe der GC werden Gasgemische in einzelne chemische Komponenten aufgetrennt und nacheinander detektiert. Dafür wird eine Probe des zu messenden Gases dem Gaschromatografen zugeführt. Die GC ist anwendbar auf Komponenten, die gasförmig sind oder sich verdampfen lassen.
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Zirkonia:

Diese Analysatoren dienen der Überwachung und Regelung der Sauerstoffkonzentration von Verbrennungsabgasen. Ein solcher Sauerstoffanalysator besteht oft aus einer Messsonde und einem Messumformer und benötigt für den Betrieb kein Probenentnahmesystem. Die Messsonde kann direkt in einen Kamin oder Verbrennungsofen installiert werden, z.B. um die Sauerstoffkonzentration des Abgases zu messen. Die Messsonde arbeitet mit einem Sensor aus Zirkoniumdioxid, der sich durch seine Zuverlässigkeit auszeichnet. Diese Sauerstoff-Analysatoren sind grundsätzlich so konzipiert, dass sie neben Sauerstoff auch Feuchtigkeit messen können.

 

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Paramagnetisches Verfahren:

Dieses Verfahren nutzt die Eigenschaft von Sauerstoff, dass dieser in einem Magnetfeld selbst magnetisch wird. Sauerstoff ist paramagnetisch, alle anderen Gase sind diamagnetisch. So wird nur der Sauerstoff in ein Magnetfeld hineingezogen und über den erzeugten Strom wird der Sauerstoffgehalt ermittelt. Der Sauerstoff wird dabei nicht verbraucht. Die Sensoren müssen direkt im Kontakt mit dem zu messenden Gas stehen.

Elektrochemisches Verfahren:

Bei dieser Analyse wird eine elektrochemische Zelle eingesetzt. Sauerstoff durchdringt dabei eine gasdurchlässige Membran und wird im Inneren der Elektrode elektrochemisch reduziert. Der dadurch entstehende elektrische Strom wird gemessen und ist proportional zum Sauerstoffgehalt. 

Vor- und Nachteile der Verfahren auf einen Blick

Verfahren	+ Vorteile	- Nachteile
Infrarotspektroskopie	Rein physikalisches Verfahren, d.h. keine chemischen bzw. elektrochemischen Wechselwirkungen mit dem Medium Eignet sich besonders für In-Situ-Messungen; das reduziert Installations- und Wartungskosten  Die Fähigkeit bei sehr hohen Temperaturen, hohem Druck und unter schwierigen Bedingungen (korrosiv, aggressiv, hohe Partikelfracht) zu messen Geeignet für O2, NH3, H2O, CO, CO2, HCI etc.  Kurze Messzeiten Geringe Querempfindlichkeit Geringer Serviceaufwand Einfach zu betreiben, keine Spezialkenntnisse erforderlich	Optische Komponenten müssen sauber gehalten werden Höhere Anschaffungskosten
Gaschromatografie	Mehrere Komponenten mit einer Messung Hochgenaue Messung Hohe Messgenauigkeit Komplettanalyse aller enthaltenen Gase möglich Maßgeschneiderte Lösungen	Relativ langsam Probenaufbereitung notwendig Hilfsgase erforderlich Relativ komplex Relativ kostenintensiv
Zirkonia	Kostengünstig Robust und etabliert Unkomplizierter Betrieb Relativ unempfindlich gegen Partikelfracht In-Situ-Messung möglich	Hohe Betriebstemperatur; daher nicht anwendbar für brennbare Gase
Paramagnetisches Verfahren	Relativ kostengünstig Historisch etabliert	Probenvorbereitung erforderlich; das bedeutet Aufwand, lange Ansprechzeit sowie eine Veränderung des ursprünglichen Messgases Einige andere Gase wie N2O, CO2 oder NO2 sind auch paramagnetisch und ihre Anwesenheit in dem Messstrom kann eine falsche Anzeige verursachen Wartungsintensiv Störanfällig durch empfindliche Komponenten Empfindlich gegenüber äußeren Einflüssen, Hintergrundgasen und Detektordrift
Elektrochemisches Verfahren	Das Messsystem ist kompakt und klein Relativ kostengünstig im Vergleich zu Sauerstoff-Analysatoren anderer Messsysteme	Die Lebensdauer der Zelle ist begrenzt. Der Sensor enthält eine innere Elektrolytlösung. Die Verdampfung bzw. Verunreinigung der Zelle führt zu Fehlmessungen. Die typische Lebensdauer beträgt 6-24 Monate Die elektrochemischen Zellen sind temperaturempfindlich. Das Ändern der Temperatur führt zu einer Verfälschung des Ausgangssignals Chemische und elektrochemische Wechselwirkungen führen zu Fehlmessungen