Title: Entwicklung eines auf dem Prinzip der Photoakustik beruhenden Detektors für Spuren wasserfreien, gasförmigen Fluorwasserstoffs
Authors: Dreßler, Matthias 
Language: ger
Subject (DDC): Ingenieurwissenschaften
Subject: Bafflezelle
Spektroskopie
Adsorption
Issue Date: 2010
Document Type: Thesis
Abstract: 
Wasserfreier, gasförmiger Fluorwasserstoff ist ein bei diversen industriellen Prozessen freiwerdendes, stark gesundheitsgefährdendes Gas. Zu dessen Nachweis stehen bis dato sehr wenige Sensoren zur Verfügung. Diese Lücke mit Hilfe eines auf der Grundlage der Photoakustik arbeitenden Detektors soweit wie möglich zu schließen, ist das Bestreben dieser Arbeit. Der Analysator sollte seinem Wesen nach einfach und kompakt aufgebaut, günstig in der Anschaffung und im Betrieb, für den mobilen Einsatz geeignet, schnell, selektiv und sensitiv sowie einfach in der Bedienung sein. Die Selektivität wurde über die Wahl des Rotations-Schwingungsüberganges und der Strahlungsquelle bewerkstelligt. Mit Hilfe eines über den Injektionsstrom und die Temperatur in seiner Wellenlänge verstimmbaren Distributed-Feedback-Bragg Diodenlasers wurde der R1-Übergang des HF bei 2475,88 nm optisch angeregt. Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Konzeption der Messzelle. Während des Optimierungsprozesses kam Methan als Referenzgas zum Einsatz. Es ist ungefährlicher als Fluorwasserstoff, nicht polar und besitzt Absorptionslinien im Arbeitsbereich des Lasers. Als Zwischenergebnis entstand eine hinsichtlich ihres Signal-zu-Rausch-Verhältnisses optimierte T-Zelle. Der starke polare Charakter des Fluorwasserstoffgases und die sich daraus ergebende Anlagerung der Moleküle an den inneren Oberflächen des Leitungssystems und der Probenkammer bedingten den Übergang vom statischen zum strömenden Betrieb. Dies wiederum machte eine Neuauslegung der Zelle notwendig. Aus den vergleichenden Experimenten zu modular aufgebauten, veränderbaren Zellkonfigurationen kristallisierte sich eine beidseitig um in ihren geometrischen Abmessungen speziell angepasste Zusatzvolumen erweiterte Zylinderzelle als Optimum heraus. Sie unterdrückte nicht nur die Strömungsgeräusche in ausreichendem Maße, sondern erfüllte auch die selbstgestellten Anforderungen an Ausmaß und Gewicht. Der geringste, die Wirkung der Adsorption überwindende Volumenstrom belief sich hierbei auf 400 ml/min. Im Laufe der Untersuchungen fanden zwei verschiedene DFB-Diodenlaser Verwendung. Der schließlich in den Analysator integrierte Laser lieferte bei einem Injektionsstrom von 130 mA und einer Temperatur von 15 °C eine Leistung von 4,77 mW. Er wurde aufgrund seiner dreifach höheren Verstimmbarkeit von 0,06 nm/mA über eine wiederholt durchgefahrene Stromrampe in seiner Wellenlänge moduliert. Die aus den Untersuchungen an Methan für den Sensor kalkulierte Sensitivität für Fluorwasserstoffgas beträgt 10 ppb bei einem Signal-zu-Rauschverhältnis von 1. Am Ende der Arbeit werden adsorptions- und desorptionsbedingte Einschränkungen diskutiert.
Organization Units (connected with the publication): Werkstoffkunde 
DOI: urn:nbn:de:gbv:705-opus-25492
https://doi.org/10.24405/426
Advisor: Harde, Hermann
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