Elektrochemische Gasmessung

Messprinzip und Fähigkeiten

Die elektrochemische Gasmesstechnik beruht auf den elektrochemischen Reaktionen, die an Elektroden in Gegenwart bestimmter Gase ablaufen.

Diese Reaktionen erzeugen elektrische Signale wie Strom oder Spannung, die mit der Konzentration des Zielgases korreliert werden können. Die Hauptkomponenten elektrochemischer Gassensoren sind die Arbeitselektrode, die Gegenelektrode und die Referenzelektrode sowie ein Elektrolyt. Gasmoleküle diffundieren durch eine poröse Membran, um die Elektroden zu erreichen, wo sie an chemischen Reaktionen teilnehmen, die das elektrische Signal erzeugen.

Messaufgaben / Anwendungsfelder

• Gaserkennung und -überwachung: Elektrochemische Gassensoren werden in verschiedenen Branchen häufig zur Erkennung und Überwachung von Gasen eingesetzt, darunter giftige Gase (z. B. Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff) und brennbare Gase (z. B. Methan, Propan). und Luftschadstoffe (z. B. Stickstoffdioxid, Ozon).
• Industrielle Sicherheit: Sie werden in industriellen Umgebungen eingesetzt, um die Sicherheit von Arbeitern durch die Erkennung gefährlicher Gase zu gewährleisten, insbesondere in engen Räumen oder Bereichen, in denen Gaslecks ein Problem darstellen.
• Umweltüberwachung: Elektrochemische Sensoren werden in der Umweltüberwachung eingesetzt, um die Luftqualität zu messen und den Verschmutzungsgrad zu bewerten, insbesondere in städtischen Gebieten und in der Nähe von Industrieanlagen.
• Automotive-Emissionskontrolle: Sie spielen eine entscheidende Rolle in Automobil-Emissionskontrollsystemen, indem sie Abgase wie Sauerstoff, Kohlenmonoxid und Stickoxide messen, um die Motorleistung zu optimieren und Emissionen zu reduzieren.
• Atemüberwachung: In medizinischen Geräten und Beatmungsgeräten werden elektrochemische Sensoren verwendet, um den Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt in der ausgeatmeten Atemluft zu messen und so die Überwachung des Patienten und die Steuerung der künstlichen Beatmung zu ermöglichen.

Typische Probleme und Lösungen

• Kalibrierung: Eine regelmäßige Kalibrierung elektrochemischer Gassensoren mit bekannten Gasstandards ist für die Aufrechterhaltung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit unerlässlich.
• Querempfindlichkeit: Einige elektrochemische Sensoren können eine Querempfindlichkeit gegenüber anderen Gasen oder Umweltfaktoren aufweisen. Sensordesign und selektive Membranen können dieses Problem mildern.
• Temperatur und Luftfeuchtigkeit: Die Sensorleistung kann durch Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsschwankungen beeinträchtigt werden. Zur Korrektur dieser Effekte werden Kompensationsalgorithmen eingesetzt.
• Lebensdauer: Elektrochemische Sensoren haben eine begrenzte Lebensdauer und müssen möglicherweise regelmäßig ausgetauscht werden.
• Probenaufbereitung: Eine ordnungsgemäße Probenaufbereitung, einschließlich Probenfiltration und Entfernung störender Substanzen, ist für genaue Gasmessungen wichtig.

Weiterführende Informationen

• Zoski, C. G. (Hrsg.). (2007). „Handbuch der Elektrochemie.“ Sonst.
• Gründler, P. & Gehring, T. (2013). „Elektrochemische Sensoren zur Umweltüberwachung.“ Sensoren, 13(10), 13928-13948.
• O’Leary, R. L. & Taylor, D. M. (1994). „Elektrochemische Sensoren: Ein Rückblick auf die jüngsten Fortschritte.“ Sensor Review, 14(1), 55-62.
• Wang, J. (2011). „Analytische Elektrochemie.“ Wiley.