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IR-Absorptionsfotometer

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Zusammenfassung

Der infrarote Spektralbereich wurde 1800 von Herschel zufällig entdeckt, als er die Temperatur der verschiedenen Farben des Sonnenlichtes vermessen wollte. Dazu ließ er das Sonnenlicht durch ein Prisma fallen und platzierte ein Thermometer in den einzelnen Farbbereichen. Er bemerkte, dass jenseits des roten Endes des sichtbaren Spektrums das Thermometer die höchste Temperatur anzeigte, obwohl dort keine sichtbare Strahlung zu erkennen war. Aus dem beobachteten Temperaturanstieg schloss er, dass sich das Sonnenspektrum unterhalb (\(\to\) infra) des Roten fortsetzt.

Dieser infrarote Bereich bildet, neben dem sichtbaren- und ultravioletten Spektralbereich, die Grundlage der optischen Methoden der Gasmesstechnik. Bereits im Jahre 1865 berichtete Tyndall über die Absorption von infraroter Strahlung, durch unterschiedliche Gase. Er untersuchte dabei vor allem Kohlendioxid, Stickoxid und Alkoholdampf. 1881 wurde von Röntgen festgestellt, dass die Absorption von infraroter Strahlung in einer geschlossenen und mit Ammoniak gefüllten Messzelle zu einer deutlichen Druckerhöhung führt (Röntgen 1881). Dieser Otto-pneumatische Effekt lieferte dann viele Jahre später die Grundlage für die ersten praktisch nutzbaren IR-Gasanalysatoren nach K.F. Luft. Parallel dazu wurde von Bell der gleiche Effekt beobachtet, wobei er die Schallausbreitung zum Nachweis nutzte. Bell untersuchte vor allem Feststoffe und Flüssigkeiten. Dieser Effekt wird daher auch als Bell-Effekt bezeichnet, während für gasförmige Stoffe der Röntgen-Tyndall-Effekt steht (Hill 1968).

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Notes

  1. 1.

    Friedrich Wilhelm Herschel (1738–1822) deutsch-britischer Astronom.

  2. 2.

    John Tyndall (1820–1893) irischer Physiker.

  3. 3.

    Wilhelm Conrad Röntgen (1845–1923) deutscher Physiker.

  4. 4.

    Alexander Graham Bell (1847–1922) britischer und später US-amerikanischer Sprechtherapeut, Erfinder und Großunternehmer.

  5. 5.

    Bis in die 1960-Jahre wurde im deutschen Sprachgebiet der Begriff Ultrarot anstelle von Infrarot benutzt.

  6. 6.

    HIgh Resolution TRANsmission molecular absorption database.

  7. 7.

    Dr. Födisch Umweltmesstechnik AG, Markranstädt.

  8. 8.

    BImSchV = Bundes-Immissions-Schutz Verordnung.

  9. 9.

    FET = Feldeffekttransistor.

  10. 10.

    BMBF-Projekt an der Fachhochschule Dortmund.

  11. 11.

    LumaSense Technology Inc. USA.

  12. 12.

    Josef Stefan (1835–1893) österreichischer Mathematiker und Physiker.

  13. 13.

    Wilhelm Wien (1864–1928) deutscher Physiker.

  14. 14.

    Nickel-Chrom-Draht.

  15. 15.

    Handelsbezeichnung für FeCrAl-Legierungen.

  16. 16.

    Ernst Weibull (1887–1979) schwedischer Ingenieur und Mathematiker.

  17. 17.

    Mean Time To Failure.

  18. 18.

    SMD \(=\)Surface Mounted Devices (Oberflächenmontage).

  19. 19.

    LED Microsensor NT St. Petersburg, Russland.

  20. 20.

    Handelsbezeichnung für Legierungen aus Nickel, Chrom, Molybdän.

  21. 21.

    Sputtern ist eine haftfeste Dünnschichtmethode, als Alternative zum aufdampfen.

  22. 22.

    Optische Verstärkung.

  23. 23.

    Willebrord van Roijen Snellius (1580–1626) niederländischer Astronom und Mathematiker.

  24. 24.

    Augustin Jean Fresnel (1788–1827) französischer Physiker und Ingenieur.

  25. 25.

    Sir George Biddell Airy (1801–1892) englischer Mathematiker und Astronom.

  26. 26.

    Maurice Paul Auguste Charles Fabry (1867–1945) französischer Physiker.

  27. 27.

    Jean-Baptiste Alfred Pérot (1863–1925) französischer Physiker.

  28. 28.

    französisch étalon \(=\) Musterstück.

  29. 29.

    Center Wavelength.

  30. 30.

    Signal to Noise Ratio.

  31. 31.

    Samuel Pierpont Langley (1834–1906) US-amerikanischer Astrophysiker und Flugpionier.

  32. 32.

    Marcel Jules Edouard Golay (1902-1989) Schweizer Ingenieur und Physiker.

  33. 33.

    Thomas Johann Seebeck (1770–1831) deutscher Physiker.

  34. 34.

    Änderung des Brechungsindexes n mit der Wellenlänge λ.

  35. 35.

    Albert Abraham Michelson (1852–1931) US-amerikanischer Physiker.

Literatur

  • Armerding, W., Walter, J., Comes, F.J.: A White cell type multiple reflection system for tropospheric research. Fresenius Journal of Analytical Chemistry 340, 661–664 (1991)

    Google Scholar 

  • Arnoudse, P.A., et al.: Instrumentation for the Breath-by-Breath Determination of Oxygen and Carbon Dioxide Based on Nondispersive Absorption Measurements. Anal. Chem. 64, 200–224 (1992)

    Google Scholar 

  • Ascherfeld, M., Fabinski, W., Vogt, R.: Erweiterte Möglichkeiten und Anwendungen mit dem NDIR-Fotometer Uras 10E. Technisches Messen 57, 11–17 (1990)

    Google Scholar 

  • Budzier, H., Gerlach, G.: Thermische Infrarotsensoren. Wiley VCH, Weinheim (2010)

    Google Scholar 

  • Demtröder, W.: Laserspektroskopie. Springer (1993)

    Google Scholar 

  • Döring, S.: Vergleichende Messungen zwischen thermischen IR-Strahlern und IR-Leuchtdioden für schnellanzeigende \({\text{CO}}_{2}\)-Gasmessungen. Bachelor-Thesis, Fachhochschule Dortmund (2013)

    Google Scholar 

  • Ebermann, M.: Mikromechanische Mehrband-Fabry-Perot-Interferometer für die Anwendung in der Infrarot-Spektroskopie. Dresdner Beiträge zur Sensorik, Bd. 54. TUDpress, Dresden (2014)

    Google Scholar 

  • Engelhardt, H.: Neuere Methoden zur automatischen Gasanalyse. Neue Technik 5(4), 182–198 (1963)

    Google Scholar 

  • Fabinski, W., Ascherfeld, M.: Funktion und Aufbau des NDIR-Prozessfotometers Uras 3. Technisches Messen 47, 257–264 (V7232-3) (1980)

    Google Scholar 

  • Fabinski, W.: Verfahren zum Nachjustieren von Infrarot-Gasanalysatoren. Deutsches Patent DE3522949 vom 27.6.1985 (1985)

    Google Scholar 

  • Hahn U.: Physik für Ingenieure. Kap. 3, 345. Oldenburg (2007)

    Google Scholar 

  • Heimel, H., Randow, A., Röß, R., Wiegleb, G.: Küvette für Gasanalysengeräte. Deutsche Patentschrift DE 3328171 (1983)

    Google Scholar 

  • Hill, D. W., Powell, T.: Non-Dispersive Gas Analysis. Adam Hilger, London (1968)

    Google Scholar 

  • Kessler, G.: Über die Absorption ultraroter Strahlung in hintereinanderliegenden Gas-Schichten und ihre Bedeutung für photometrische Analyseverfahren. Dissertation, Technische Hochschule, Clausthal (1967)

    Google Scholar 

  • Keyes, J.R.: Optical and Infrared Detectors. Topics in Applied Physics. Springer (1980)

    Google Scholar 

  • Köhne, S., Wiegleb, G.: Gassensorik in der Fahrzeugtechnik. Design & Elektronik 07/2008, 62–63 (2008)

    Google Scholar 

  • Lehrer, E., Luft, K.F.: Verfahren zur Bestimmung von Bestandteilen in Stoffgemischen mittels Strahlenabsorption. DRP 730478 (1938)

    Google Scholar 

  • Luft, K.F.: Über eine neue Methode der registrierenden Gasanalyse mit Hilfe der Absorption ultraroter Strahlen ohne spektrale Zerlegung. Zeitschrift für technische Physik 24, 97–104 (1943)

    Google Scholar 

  • Luft, K.F.: Über nichtdispersive Ultrarotanalysengeräte. Fresenius Zeitschrift für analytische Chemie 164, 100–108 (1958)

    Google Scholar 

  • Luft, K.F., Schäfer, W., Wiegleb, G.: 50 Jahre NDIR-Gasanalyse. Technisches Messen 60, 363–371 (1993)

    Google Scholar 

  • Lehnert, M., Modlinksi, U., Wiegleb, G.: Mikroprozessorgesteuertes Gasanalysengerät in Kompaktbauweise. Technisches Messen 54, 423–429 (1987)

    Google Scholar 

  • Link, W.T., McClatchie, E.A., Watson, D.A.: A Fluorescent Source NDIR Carbon Monoxide Analyzer. Joint Conference on Sensing of Environmental Pollutants. Palo Alto USA 8.–10. Nov. 1971 (AIAA Paper 71-1047) (1971)

    Google Scholar 

  • Modlinski, U., Wiegleb, G.: Infrarot-Strahlungsquelle, insbesondere für ein mehrkanaliges Gasanalysengerät. Deutsches Patent DE 3809160.7 vom 8.3.1988 (1988)

    Google Scholar 

  • Morelli, D.-W.: Interference Filter Handbook. JDS Uniphase Corporation USA (2006)

    Google Scholar 

  • Naumann, K., Schneider, E.: Siemens Zeitschrift 27, 8/18 (1953)

    Google Scholar 

  • Naumann, A., Schulz, G.: Das Inframeter, ein neues Betriebsgerät zur Infrarot-Gasanalyse ohne spektrale Zerlegung. Chem. Ing. Techn. 32(10), 669–764 (1960)

    Google Scholar 

  • Neumann, N., Heinze, M., Stegbauer, H.J., Hiller, K., Kurth, S.: Ein mikromechanisches, durchstimmbares Fabry-Perot-Filter für die nichtdispersive Gasanalytik im Spektralbereich 3…5 \(\upmu\)m. 6. Dresdner Sensor Symposium (2003)

    Google Scholar 

  • Pohl, R., Wiegleb, G.: Miniaturization of infra-red gas sensors. Proceedings of „Sixth Meeting on Chemical Sensors“ Gaithersburg USA July (1996)

    Google Scholar 

  • Röntgen, W.C.: On tones produced by the intermittent irradiation of a gas. Philosophical Magazine Series 5 11, 308–311 (1881)

    Google Scholar 

  • Salzer, R., Thiele, S., Suemmchen, L., Bezugla, E.: IR-Gerätetechnik (innerer Fotoeffekt). www.chemgapedia.de (2015)

  • Schaefer, W.: Gasanalyse mit dem URAS bei kompliziert zusammengesetzten Messgasen. Chem.-Ing.-Technik 33(6), 426–430 (1961)

    Google Scholar 

  • Schaefer, W.: Bestimmung der Schwingungsrelaxationszeit in CO/N\({}_{2}\)-Gasgemischen aus der Analyse des Frequenzganges eines Ultrarot-Gasanalysators. Zeitschrift für angewandte Physik 19(1), 55–60 (1965)

    Google Scholar 

  • Schaefer, W.: Die Anwendung von spektroskopischen Methoden und Lasern zur Bestimmung von gasförmigen Schadstoffen in der Luft. PTB-Mitteilungen 2, 84–92 (1974)

    Google Scholar 

  • Schmale, U.: Entwicklung eines langzeitstabilen Niedrigenergie IR-Gassensors. Dissertation, RWTH, Aachen (2000)

    Google Scholar 

  • Schmick, H.: Einrichtung zur Bestimmung eines Bestandteiles in einem Gemisch, insbesondere von Gasen mit Hilfe der Absorption der vorzugsweise ultraroten Gesamtstrahlung. DRP 465 899 (5.9.1926) Siemens & Halske (1926)

    Google Scholar 

  • Schunck, G.: Schnelle Meßfühler für kleine Gasströme. Dissertation Technische Hochschule, Karlsruhe (1974)

    Google Scholar 

  • Schunck, G., Randow, A.: Pneumatischer Infrarot-Strahlungsdetektor mit einer vakuumdichten Kammer und einem strahlungsdurchlässigem Fenster. Deutsches Patent DE 27 20 636 C2 vom 7.5.1977 (1977)

    Google Scholar 

  • Schunck, G.: Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen, vorzugsweise in einem Gasanalysegerät. Deutsches Patent 1573098 vom 30.11.1966 (1966)

    Google Scholar 

  • Staab, J.: Industrielle Gasanalyse. Oldenbourg (1994)

    Google Scholar 

  • Welford, W.T., Winston, R.: High Collection Nonimaging Optics. Academic Press Inc. (1989)

    Google Scholar 

  • White, J.U.: Long paths of large aperture. J. Opt. Soc. Am. 32, 285 (1942)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Lichtquelle für nichtdispersive Gasanalysengeräte als Fluoreszenzlampe. Deutsche Patentanmeldung DE 33 16 771 A1 vom 7.5.1983 (1983)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Gasanalysensysteme für erhöhte Prozesstemperaturen. Technisches Messen 51, 385–393 (1984)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Einsatz von LED-Strahlungsquellen in Analysengeräten, Laser und Optoelektronik 3, 308–310 (1985)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: NO\({}_{x}\)-Messung mit dem BINOS-System, Messen-Prüfen-Automatisieren 5/1988, 259–261 (1988)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Infrarot Gasanalysator BINOS 100 mit Mikroprozessorsteuerung, Messen-Prüfen-Automatisieren 10/1988, 430–434 (1988)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Mehrkomponenten-Gasanalysengerät mit \(\upmu\)P-Steuerung und interner Kalibrier- und Korrekturmöglichkeiten, VDI-Berichte 960, 625–634 (1992)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G., Zöchbauer, M.: New optical methods for applications in process analysis and medical instruments, Exp. Tech. Phys. 40, 241–257 (1994)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Sensoreinrichtung zur Erfassung der Gaskonzentration mit mehreren selektiven Strahlungsempfängern. Deutsche Patentanmeldung DE 196 04 16, 6.2.1996 (1996)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G., Knaup, G., Plotz, F.: Sensoreinheit zur Erfassung eines Fluid, insbesondere zur Erfassung von Erdgas, Kohlenwasserstoffen, Kohlendioxid oder dgl. in Umgebungsluft. Internationales Patent WO 2005/121752 A1 (2005)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Ein neuartiges Gaswarnsystem zur Leckageüberwachung in Industrie- und Gewerbeanlagen. GASWÄRME International 55(4/2006), 1–4 (2006)

    Google Scholar 

  • Wiegleb G.: Abschlussbericht: MICROGAS FKZ: 1746X04 (2009)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Lebensdauer von IR-Strahlungsquellen. Interner Bericht der Fachhochschule Dortmund (2015)

    Google Scholar 

  • Winston, R.: Light collection within the framework of geometrical optics. J. Opt. Soc. Am. 60, 245–247 (1970)

    Google Scholar 

  • Zöchbauer, M.: Entwicklung eines thermisch abstimmbaren Fabry-Perot-Korrelationsspektrometers für die Gasanalyse. Dissertation, Universität Frankfurt am Main (1993)

    Google Scholar 

Weiterführende Literatur

  • Engelhardt, H.: Wege und Grenzen neuer Verfahren der physikalischen Gasanalyse. VDI-Zeitschrift 103(28), 1393–1404 (1961)

    Google Scholar 

  • Engelhardt, H.: Wege und Grenzen neuer Verfahren der physikalischen Gasanalyse. VDI-Zeitschrift 103(29), 1435–1440 (1961)

    Google Scholar 

  • Fabinski, W., Deptolla, U.: Verfahren zur Erhöhung der Selektivität von NDIR-Fotometern. Technisches Messen 47, 113–119 (V 723-38) (1980)

    Google Scholar 

  • Erbel, M., Wiegleb, G., Gehrke, A., Korbmacher, S.: Miniaturisierter Infrarot-Gassensor mit integrierter Mikromembranpumpe zur Detektion von Kohlendioxid in der Umgebungsluft, Technisches Messen 64(4), 147–151 (1997)

    Google Scholar 

  • Fabinski, W., Grunewald, A., Norman, W., Hielscher, B., Wiegleb, G., Wolff, C.: A new analyzer for measuring TOC and TN content in sewages, Journal of Process Analytical Chemistry, 121–126 (1994)

    Google Scholar 

  • Golay, M., Zahl, H.: Pneumatic Heat Detector. The Review of Scientific Instruments. 17(11), 511–515 (1946)

    Google Scholar 

  • Golay, M.: A Pneumatic Infra-Red Detector. The Review of Scientific Instruments. 18(5), 357–362 (1947)

    Google Scholar 

  • Haisch, M., Fabinski, W., Wiegleb, G., Fuß, W., Hering, P.: Messen der \({}^{13}\)CO\({}_{2}\)-Konzentration in Atemluft mit einem nichtdispersiven IR-Spektrometer, Verhandlungen der DPG-Frühjahrstagung in Berlin MO 12.5, 359 (1993)

    Google Scholar 

  • Herriott, D.R., Schulte, J.H.: Folded optical delay lines. Applied Optics 4, 883 (1965)

    Google Scholar 

  • Jamieson. J.A., et al.: Infrared Physics and Engineering. McGraw-Hill, New York (1963)

    Google Scholar 

  • Johnson, J.B.: Thermal Agitation of Electricity in Conductors. Physical Review 32, 97–109 (1928)

    Google Scholar 

  • Korbmacher, S., Wiegleb, G.: Miniaturisierte Infrarot-Gassensoren zur Erfassung von explosiven und toxischen Gasgemischen. Kongressband OPTO, Leipzig 6, 115–120, 294–305 (2003)

    Google Scholar 

  • Luft, K.F.: Der UNOR, ein neues Gasanalysengerät für den Bergbau. Glückauf Fachzeitschrift für Rohstoff, Bergbau und Energie 98, 493–495 (1962)

    Google Scholar 

  • Mook, K., Wiegleb, G.: Rauchgasanalyse mit dem BINOS-System, Technisches Messen 50, 423–428 (1983)

    Google Scholar 

  • Nyquist, H.: Thermal Agitation of Electric Charge in Conductors. Physical Review 32, 110–113 (1928)

    Google Scholar 

  • Riemer, W.: Nichtdispersive IR-Gasanalyse in der Fotosynthese. Labor-Praxis 4(4), 40–43 (1980)

    Google Scholar 

  • Schaefer, W.: Ultrarot-Analysatoren und andere Betriebsphotometer. VDI-Berichte 97, 15–23 (1966)

    Google Scholar 

  • Schaefer, W.: Fotometrische Analysenmessgeräte. VDE- Bezirksverein Frankfurt. Betriebsanalysenmesstechnik zur Qualitätssicherung und Umweltschutz (1980)

    Google Scholar 

  • Schunck, G., Randow, A.: Verfahren zur Messung des optischen Absorptionsvermögens von Proben und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Deutsches Patent DE 26 14 181 vom 2.4.1976 (1976)

    Google Scholar 

  • Schunck, G.: Nichtdispersive Infrarot-Gasanalysatoren für Industrieprozesse und Umweltschutz. DECHEMA-Monographien Bd. 80, Teil 2 (1976)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G., Randow, A., Röß, R.: SO\({}_{2}\)-Messung mit dem neuen UV-BINOS, Technisches Messen 50, 143–150 (1983)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Gasanalysenvorrichtung (Filter-Korrelationsmessung) Deutsches Patent DE 3544015 vom 13.12.1985(1985)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: IR-Gasanalyse mit Mikroprozessorsteuerung, Labor Praxis 10/1987, 118–1122 (1987)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: A new calibration technique for industrial gas analyzers, Process control and Quality 3, 273–281 (1992)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Miniaturisierung physikalischer Gassensoren, 6. Dresdner Sensor-Symposium 9.12.2003 (2003)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: Gasmonitor zur Überwachung von Gasleckagen in Wohngebäuden. Energie wasser-praxis 11/2006, 8–11 (2006)

    Google Scholar 

  • Wiegleb, G.: \(\upmu\)-GAS – Innovative CO\({}_{2}\)-Sensorik in der Fahrzeugtechnik. Forschungsbericht 2008 der Fachhochschule, Dortmund (2008)

    Google Scholar 

  • Zehner, B.: Signal und Rauschen beim Differential-Hitzdrahtanemometer. Dissertation Technische Hochschule, Karlsruhe (1979)

    Google Scholar 

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Wiegleb, G. (2016). IR-Absorptionsfotometer. In: Gasmesstechnik in Theorie und Praxis. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-10687-4_7

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