Nichtdispersive Infrarot-Absorptionsmethode (NDIR)

 

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Messprinzip

Was ist die nichtdispersive Infrarot-Absorptionsmethode (NDIR)?

Die nichtdispersive Infrarotabsorption (NDIR) ist eine Methode, die die Infrarotabsorption von Molekülen nutzt. Mit dieser Methode wird die Konzentration verschiedener Gaskomponenten gemessen, die Infrarot aktiv absorbieren.

Moleküle besitzen die inhärente Fähigkeit, Licht bestimmter Wellenlängen selektiv zu absorbieren. Ein roter Apfel beispielsweise erscheint rot, weil seine Oberfläche Licht mit anderen Wellenlängen als Rot absorbiert und umgekehrt Licht mit roten Wellenlängen reflektiert. Dies geschieht bei Infrarotstrahlung, die häufig zur Messung der Konzentration von Gaskomponenten verwendet wird. Wenn Infrarotstrahlung von einem Molekül absorbiert wird, erhöht sie die Temperatur dieses Moleküls. Die Wellenlänge der absorbierten Infrarotstrahlung ist je nach Molekül unterschiedlich (d. h. wie bei einem Fingerabdruck ist sein Wellenlängenprofil für jedes Molekül spezifisch).

Non-dispersive infrared absorption method (NDIR) utilizes this property, the term NDIR has also been long established. Infrared radiation is classified into near-infrared rays, mid-infrared rays, and far-infrared rays corresponding to wavelength. NDIR uses infrared radiation containing wavelengths in mid-infrared radiation of 2.5-25μm to measure the concentration of gas components.

Ein nicht-dispersiver Typ ist ein Messverfahren, bei dem eine bestimmte Wellenlänge der Infrarotstrahlung im mittleren Infrarot verwendet wird, die von einer Infrarotlichtquelle emittiert wird. Einige Gase absorbieren keine Infrarotstrahlung. Stickstoff (N2) absorbiert beispielsweise keine Infrarotstrahlung und wird daher von einem Gasanalysator nach einem anderen Messprinzip gemessen.

Messprinzip eines Gasanalysators mit NDIR

Abbildung 1: Grundaufbau eines Gasanalysators mit NDIR (z.B. zur Messung von in CO2)

Der Gasanalysator mit Infrarotlichtquelle misst die Gaskonzentration, indem er Probengas in eine Gaszelle strömen lässt. Die Infrarotstrahlung durchdringt das Probengas in der Zelle und die vom Gas in der Zelle absorbierte Infrarotstrahlung entspricht der vom Detektor erkannten Probengaskonzentration (Abbildung 1).

Unterschiedliche Gasmoleküle haben unterschiedliche Infrarotwellenlängen, die absorbiert werden (Abbildung 2). Durch die Messung der Absorptionsmenge für eine bestimmte Infrarotwellenlänge, die proportional zur Konzentration jedes Gases ist, ist es möglich zu bestimmen, "welche Gasmoleküle" und "in welchen" Konzentration" im Messgas vorhanden ist. In Abbildung 1 misst ein CO-Melder das CO-Gas im CO2-Gas.

Abbildung 2: Infrarot-Absorptionswellenlängen und -mengen für Gase

Abhängig von den Gasmolekülen kann es zu einer Überlappung absorbierter Infrarotwellenlängen kommen (Abbildung 2). Dies wird als Gasinterferenz bezeichnet.

Abbildung 3: Zusammenhang zwischen Gaskonzentration und Infrarotabsorptionsmenge

Die Absorptionsmenge der Infrarotstrahlung ist proportional zur Gaskonzentration; sie ist bei niedrigeren Konzentrationen kleiner und bei höheren Konzentrationen größer (Abbildung 3).

Die Beziehung zwischen der Infrarotabsorptionsmenge und der Gaskonzentration wird durch das Lambert-Beer-Gesetz bestimmt.

Lambert-Beer-Gesetz

Der Grad der Infrarotabsorption hängt von der Konzentration der absorbierenden Gasmoleküle ab. Diese Beziehung wird durch das Lambert-Beer-Gesetz ausgedrückt.

Ι = Ι0exp (-μcd)

Ι : Intensität des Durchlichts
Ι0: Intensität des einfallenden Lichts
c : Konzentration der absorbierenden Moleküle (gemessene Komponente)
μ : Absorptionskoeffizient (Konstante bestimmt durch Molekül und Wellenlänge)
d : Dicke der absorbierenden Molekülschicht (Gasschicht)

Aufbau und Funktionsweise eines Gasanalysators mit NDIR ❯

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