LaserAnwendungsCentrum > Arbeitsgruppen > Angewandte Photonik (LAC) > Projekte > Photoakustische Spektroskopie zur Spurengasanalyse (QEPAS)

Photoakustische Spektroskopie zur Spurengasanalyse (QEPAS)

Andreas Pohlkötter, Stefan Böttger, Wolfgang Schade

Der laserspektroskopische Nachweis von Spurengasen bietet viele Vorteile gegenüber anderen Messverfahren. Im Allgemeinen haben die Systeme eine niedrige Nachweisgrenze und geringe Querempfindlichkeit. In vielen Anwendungsgebieten der Laserspektroskopie sind Bedingungen gegeben, die den Einsatz konventioneller Absorptionsspektroskopie erschweren. Zu nennen sind hier Temperaturschwankungen, Lärm und Vibrationen. Weiterhin besteht die Forderung nach einem kompakten und preiswerten Aufbau.

Abb. 1: Miniaturstimmgabel und Aufbau des Sensors

QEPAS (quartz enhanced photoacoustic spectroscopy) ist eine Variante der photoakustischen Spektroskopie, die es ermöglicht, hochempfindliche Laserspektrometer mit kleinsten Abmessungen aufzubauen. Hierzu wird ein modulierter Laserstrahl zwischen die Arme einer Miniaturstimmgabel fokussiert (Abb. 1). Die im Gas absorbierte Energie wird in eine Schallwelle umgewandelt, welche als treibende Kraft die Arme der Stimmgabel zum Schwingen anregt. Durch den piezoelektrischen Effekt der Stimmgabel wird eine Wechselspannung erzeugt, deren Amplitude direkt proportional zur Gaskonzentration zwischen den Armen ist. Die Vorteile dieser Messmethode sind eine niedrige Nachweisgrenze, und die geringe Störempfindlichkeit gegenüber anderen Schallquellen. Durch den Einsatz kommerziell erhältlicher Mikrostimmgabeln kann das Spektrometer zudem äußerst preisgünstig aufgebaut werden.

Derzeit wird der Einsatz dieser Technik in der Grundlagenforschung zum Sauerstoffnachweis und zur Detektion von sicherheitsrelevanten Spurengasen untersucht. Ein weiteresAnwendungsgebiet ist die Detektion von Brandgasen, wo CO, CO oder auch NO in geringen Konzentrationen in der Raumluft nachgewiesen werden können. Es wird erwartet, dass durch den spezifischen Nachweis der Verbrennungsrückstände die Fehlalarmrate drastisch gesenkt werden kann und Brände schneller entdeckt werden.

Der Nachweis von Sprengstoffen zur Terrorismusbekämpfung und die Überwachung von Methankonzentrationen in Bergwerken zur Vermeidung von Grubenexplosionen sind weitere Anwendungsfelder. Die Ermittlung der Konzentrationen von Alkanen und weiterer Kohlenwasserstoffe in Erdgasleitungen ermöglicht die online und in situ Bestimmung des Brennwertes des Gases. Dies ist für den Abnehmer eine wesentliche Verbesserung gegenüber den heute üblichen Stichproben zur Brennwertkontrolle.

Dieses Projekt wird gefördert durch die Arbeitsgemeinschaft industrielle Forschung (AiF) im Rahmen des Programms ProInno II unter der Fördernummer KF 0483101 FK7 und in Form eines Forschungsauftrags der Firma EADS Astrium im Rahmen des Projektes OSC.

 

Kontakt  Suche  Sitemap  Datenschutz  Impressum
© TU Clausthal 2018