Schnelle und robuste Spurengas-Analyse

PTB entwickelt Herriott-Zelle für die Gasanalyse weiter - für robuste und dennoch hochpräzise stationäre und mobile Messgeräte

11.06.2010 - Deutschland

Ozon in der Atmosphäre, Dioxin am Unfallort, Prozessgase in der Vakuumtechnik - kleinste Mengen einzelner Gase können erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit, die Umwelt oder industrielle Prozesse haben. Sie können aber auch wichtige Hinweise in der industriellen Forschung und der Wissenschaft liefern. Gerardo José Padilla Viquez, Wissenschaftler der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), hat nun Herriott-Zellen, die bisher zur Gasanalyse eingesetzt werden, verbessert. Dadurch ergeben sich Vorteile für die Herstellung und Anwendung: Durch das vereinfachte Design könnte die Produktion günstiger werden und die aufwendige Justierung wegfallen.

Oft muss die Analyse des Gases schnell gehen, um Sicherheitsmaßnahmen zu planen oder Produktionsprozesse zu korrigieren. Dann sind mobile Analysegeräte gefragt, die gleich vor Ort Ergebnisse liefern. Viele herkömmliche Messverfahren basieren auf einer Spektralanalyse mittels Laserlicht in Vielfach-Reflexionszellen, sogenannten Herriott-Zellen. Laserlicht wird zwischen zwei Hohlspiegeln hin und her geworfen, um einen möglichst langen Weg innerhalb der Gasprobe zurückzulegen. Problematisch war dabei bisher, dass der Laser durch ein kleines Loch in die Zelle ein- und auch wieder austreten musste - der Justieraufwand war entsprechend hoch. Langzeitstabilität und Unempfindlichkeit gegenüber Stößen waren nicht optimal.

Das neue Bauteil aus der PTB kommt ohne das „verflixte“ Loch aus. Aufgrund von mathematischen Symmetriebedingungen ergeben sich Lösungen, bei denen der Laserstrahl nur auf einen kleinen Einkoppelspiegel gerichtet werden muss. Die Austrittsrichtung des Laserstrahls liegt so, als ob die komplexe Anordnung gar nicht vorhanden wäre. Justage? Nahezu null!

Entsprechend robust sind Anwendung und Herstellung. Das Gerät ist prädestiniert für den Einsatz in moderner „Cavity Ring Down Spektroskopie“ (CRDS), bei der simultan viele verschiedene Gasspezies gleichzeitig detektiert werden. Durch Anpassung des Reflexionsgrades des Einkoppelspiegels, ist das Gerät auch als Interferometer einsetzbar, wodurch der Bereich der nichtlinearen Laserspektroskopie eröffnet wird. Das System ist zum Patent angemeldet.

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