Nichtdispersiver Infrarotsensor
Ein nichtdispersiver Infrarotsensor oder NDIR-Sensor ist ein spektroskopisches Gerät, das überwiegend als Gassensor eingesetzt wird. Besonders geeignet sind NDIR-Analysatoren zur Bestimmung der Konzentration von Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid oder Kohlenwasserstoffen in einem Gas. Ein typisches Anwendungsgebiet ist die Analyse der Abgase von Verbrennungsmotoren. Nichtdispersive IR-Sensoren arbeiten im Gegensatz zu technisch aufwendigeren dispersiven Verfahren (z. B. FTIR) ohne feingliedrige spektrale Zerlegung von infrarotem Licht.
Prinzip
Die wichtigsten Bestandteile sind eine Quelle für Infrarotstrahlung, eine durchstrahlte Röhre (Küvette) mit dem zu analysierenden Gas, ein Wellenlängenfilter und ein Infrarot-Detektor. Das zu untersuchende Gas wird entweder in die Probenkammer gepumpt oder diffundiert in diese Kammer. Die Konzentration des gesuchten Gases wird elektro-optisch über das Ausmaß der Absorption einer spezifischen Wellenlänge im infraroten Spektrum gemessen. Das Licht der Infrarot-Quelle durchstrahlt dabei das Gas in der Probenkammer, den Filter und trifft dann auf den IR-Sensor. Der Filter hat die Aufgabe, aus dem Spektrum der Lichtquelle nur ein sehr schmales Spektrum durchzulassen, dessen Frequenz so gewählt wird, dass es von den Molekülen des untersuchten Gases effektiv absorbiert wird. Idealerweise sollten die anderen im Gasgemisch der Probe enthaltenen Gase Licht dieser Wellenlänge nicht absorbieren.
Ein zweites, gleich aufgebautes Rohr (beim Gerät im Bild die andere Hälfte des durch einen mittigen Steg geteilten Rohres) enthält ein eingeschlossenes Referenzgas, zum Beispiel Stickstoff. Die Messküvette und die Referenzküvette sind im gleichen Messsystem integriert und werden abwechselnd durchstrahlt, wobei die Umschaltung zum Beispiel durch rotierende Lochscheiben (Chopper) erfolgen kann.
Da viele Gase Licht im infraroten Bereich absorbieren, ist oft eine Kompensation für vorhandene interferierende, aber nicht untersuchte Gasanteile erforderlich. Beispielsweise beeinflussen sich die Absorptionen der Gase CO2 und H2O im Messergebnis aufgrund spektraler Nähe ihrer Absorptionskennlinien.
Die verwendeten IR-Signale werden vielfach moduliert oder gepulst, um thermische Phänomene kompensieren zu können.[1]
Einzelnachweise
- Dissertation, Stephan Schmidt, Entwicklung von Zweikomponentenverfahren für die nichtdispersive IR-Spektroskopie (NDIR) mit Hilfe von chemometrischen Methoden, Duisburg, 2003. Dissertation