Photoakustische Spektroskopie

direkte NO2-Messung

PAS - Photoakustische Spektroskopie

Die Photoakustische Spektroskopie (PAS) ist eine spektroskopische Methode, die den photoakustischen Effekt ausnutzt. Diese Methode hat sich in verschiedenen Anwendungen wie der Emissionsprüfung von Fahrzeugen, in der Umwelttechnik (Nachweis von Luftschadstoffen), in der Medizintechnik und in der Biologie bewährt.
Sie ist hochgenau, stabil und eine direkte Messung (unabhängig von Hintergrundgasen).

Sie beruht auf der Tatsache, dass Infrarot-Lichtenergie von Gasmolekülen absorbiert wird. In der photoakustischen Spektroskopie wird das modulierte Licht in akustische Wellen umgewandelt. Die Schallwelle wird dann mit Hilfe eines Mikrofons in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Messprinzip des PAS (NO2) Sensors:

PAS Prinzip

Leistung des PAS (NO2) Sensors:

Allan-Varianz

Linearität

Allanplot
Linearität

Das Messgas wird mit moduliertem Licht einer vordefinierten Wellenlänge bestrahlt. Als Lichtquelle werden häufig IR-Laserdioden verwendet, da für viele Anwendungen die jeweilige Wellenlänge des untersuchten Materials im Infrarotbereich liegt. Das Licht wird elektronisch oder mechanisch moduliert, z.B. mit Hilfe eines Choppers.

Gasmoleküle absorbieren einen Teil des Lichts, wenn die Lichtfrequenz einer Absorptionsbande des Gases in der Zelle entspricht. Je höher die Konzentration des Gases ist, desto mehr Licht wird absorbiert.

Das absorbierte Licht verursacht Wärme und damit einen Druckanstieg. Durch das modulierte Licht wird der Druck abwechselnd zu- und abnehmen.
Dadurch wird ein akustisches Signal erzeugt, das von einem Mikrofon erfasst und dann in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann.

  1. Vorteile auf einem Blick

    Ein großer Vorteil des photoakustischen Effekts ist die Tatsache, dass die Empfindlichkeit grundsätzlich nicht von der optischen Weglänge abhängig ist.
    Dies ermöglicht eine hohe Empfindlichkeit bei kurzer Absorptionsweglänge und hochlinearem Konzentrationsverhalten über einen weiten dynamischen Messbereich bei sehr kleinen Probenvolumina.

    Kein Störsignal und extrem genaue Ergebnisse

    Die Absorption wird direkt und nicht in Relation zum Hintergrund gemessen.
    Daher ist die PAS eine der empfindlichsten Methoden für den Nachweis von Gasen und wird häufig in der Spurengasanalyse eingesetzt.

    Geringes Probenvolumen und kleine Zellgröße

    Die geringe Größe der PAS-Zellen ermöglicht die Messung sehr kleiner Gasmengen.
    Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden kann das Probenvolumen drastisch reduziert werden.

    Enormer Preisvorteil

    Ein weiterer Vorteil ist, dass die PAS im Allgemeinen billiger ist als andere Gasanalysemethoden.
    Der Grund dafür sind die Mikrofone, die preiswerter als (Infrarot-)Detektoren sind.

    Geringe Drift

    Die Ansprechzeit des Mikrofons ist äußerst stabil. Daher ist die Drift sehr gering und eine Kalibrierung ist nur selten erforderlich.

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