Detektion toxischer Gase

Die Gefahr lauert oftmals unbemerkt. Viele toxische Gase wie z. B. Kohlenstoffmonoxid sind farb- und geruchslos und haben bereits bei geringen Konzentrationen oder einer chronischen Exposition negative Folgen für die Gesundheit. Nur Sensoren, die toxische Gase auch in niedrigen Konzentrationen zuverlässig messen können, gewährleisten einen ausreichenden Schutz. Wir nutzen verschiedene Messprinzipien für die empfindliche Detektion toxischer Gase. Unsere Sensoren für die Detektion von Giftgasen kommen in unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz:

• Umweltmonitoring
• Brandgasfrüherkennung
• Lebensmittelüberwachung
• Arbeitssicherheit
• Personenschutz
   

Spektroskopische Systeme:empfindlich und langzeitstabil

Laserspektrometer weisen Gase hochgenau nach und zeichnen sich durch Langzeitstabilität aus. Wir entwickeln laserbasierte Spektrometer für die Ferndetektion von Gasen aus Entfernungen von mehreren Zehn Metern. Die Systeme weisen toxische Gase mit hoher Empfindlichkeit nach (ppm-Bereich) und sind je nach Anwendung kompakt – auch als handgehaltene Geräte – aufgebaut.

Als hochgenaue und selektive Methode zur Gasdetektion eignet sich insbesondere die photoakustische Spektroskopie (PAS) für die Detektion toxischer Gase. Das Biozid Sulfuryldifluorid (SO₂F₂, auch Sulfurylfluorid) beispielsweise kann mithilfe von PAS-Systemen empfindlich nachgewiesen werden. Das sogenannte Containergas Sulfurylfluorid wird für die Schädlingsbekämpfung beim Lebensmittel- oder Holztransport eingesetzt und ist hochgradig klima- und auch gesundheitsschädlich. Photoakustische Gassensoren können hier die Sicherheit beim Be- und Entladen von Containern erhöhen.

Metalloxid-Sensoren und kolorimetrische Gassensoren: robust, zuverlässig, energieeffizient

Neben komplexen spektroskopischen Gasmesssystemen entwickelt und fertigt Fraunhofer IPM miniaturisierte Gassensoren und entsprechende Systemkomponenten für die Detektion toxischer Gase. Mit Methoden der Mikrosystemtechnik entstehen kostengünstig produzierbare Gassensoren als »Micro-Electro-Mechanical-Systems« (MEMS) und »Micro-Optoelectro-Mechanical-Systems« (MOEMS), die mit wenig Energie auskommen.

Dazu gehören anwendungsspezifische Halbleiter-Gassensoren und kolorimetrische Gassensoren sowie modulierbare Strahler für die Absorptionsspektroskopie im mittleren Infrarot, gefertigt in Dünn- und Dickschichttechnologie. Spezifisches Material-Know-how und eine hervorragende Infrastruktur ermöglichen uns, auch schnelle Detektoren z. B. für das mittlere IR zu entwickeln.

Die Sensoren können Gase wie Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und Wasserstoff zuverlässig detektieren. Zum Einsatz kommen sie beispielsweise in der Sicherheitstechnik (Brand- und Arbeitsschutz), in der Umweltanalytik oder der Luftgüteüberwachung in Außen- und Innenräumen

Am Institut entwickelte miniaturisierte, modular aufgebaute Sensorsysteme für die Detektion toxischer Gase erfüllen hohe Anforderungen an Robustheit, Zuverlässigkeit und Energieeffizienz und sind damit auch in mobilen Systemen einsetzbar. So ermöglicht die Kombination einer Trennsäule mit einem Halbleiter-Gassensorarray ein portables Gaschromatographie-Messsystem. Mit miniaturisierten Systemkomponenten wie IR-Strahlern und Absorptionszellen sind kompakte Filterphotometer oder photoakustische Systeme realisierbar.

Unsere Messsysteme sind modular aufgebaut; sie beinhalten verschiedene Sensoren, Auswerte- und Ansteuerungselektronik.