Lexikon-VOC

Mischgas - VOC - Messung

Der von uns eingesetzte Mischgassensor der Firma Figaro detektiert VOC Bestandteile der Luft. Unterschiedliche Bestandteile diverser Schadgase / VOCs führen jedoch zu unterschiedlich starken Beeinflussungen des Sensorsignals.   Bei der Messung der Raumluftqualität handelt es sich aber immer um ein Mischgas. In diesem Gasgemisch kommen verschiedenste VOCs vor. Hieraus erklärt sich, dass eine Angabe in "ppm VOC" nicht möglich ist. 

VOC ist die Abkürzung für volatile organic compounds (= flüchtige organische Substanzen). Gemäß Definition der Weltgesundheitsorganisation sind VOC organische Substanzen mit einem Siedebereich von 60 bis 250°C. Zu den VOC zählen z.B. Verbindungen der Stoffgruppen Alkane/Alkene, Aromaten, Terpene, Halogenkohlenwasserstoffe, Ester, Aldehyde und Ketone. Es gibt eine Vielzahl von natürlich vorkommenden VOC, die zum Teil auch in erheblichen Mengen in die Atmosphäre abgegeben werden, z.B. Terpene und Isopren aus Wäldern.

Die durch menschliche Aktivitäten verursachte Umweltbelastung durch VOC ist im letzten Jahrhundert stark angestiegen. Den größten Anteil daran hat der Verkehr, aber schon an zweiter Stelle steht der Bausektor mit den bauchemischen Produkten wie z.B. Anstrichstoffe, Klebstoffe oder Dichtungsmassen. Mögliche Quellen von VOC in Innenräumen sind neben den Baustoffen auch Einrichtungsgegenstände, Reinigungs- und Pflegemittel, Hobby- und Heimwerkerprodukte, Bürochemikalien und vor allem Tabakrauch. Ein wesentlicher Träger von VOC sind Teppichböden. Geruchsprobleme durch VOC können auch mikrobiell, durch Stoffwechselsubstanzen von Bakterien und Pilzen, verursacht werden. Eben diese aufgezählten Substanzen bzw. Ihr erhöhtes Auftreten sollen festgestellt werden. Da in der zu überwachenden Luft eine Vielzahl von Stoffen vorkommt, auf welche der Sensor reagiert und sich Gasgemische einstellen, wirkt dieser Sensor nicht selektiv, sondern spiegelt die allgemeine Luftqualität wider. Auch die Aussage, was ist „schlechte Luft“ oder was ist „gute Luft“ kann nicht prinzipiell getroffen werden, denn dies ist eine rein subjektive Empfindung.

Die sensitive Schicht (Metaloxid) des Sensors ändert ihre Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Konzentration, der Art und des Mischungsverhältnisses von reduzierenden Molekülen der Umgebungsluft. Als Halbleiermaterialien werden vorrangig die Metalloxide SnO2 oder ZnO verwendet. Bei Temperaturen über dem Nullpunkt entsteht im Halbleitermaterial immer ein Sauerstoffdefizit. Je höher die Temperatur ansteigt, desto weniger Sauerstoffverbindungen sind gesättigt. Diese Leerstellen geben nun Elektronen ab. 

Die sensitive Schicht wird über eine Heizung auf Übertemperatur gebracht und hierdurch Sauerstoff an der Oberfläche des Halbleitermaterials absorbiert. Dieser Sauerstoff nimmt die von den Leerstellen freigesetzten Elektronen auf. Durch die Temperaturreglung der Heizschicht wird eine konstante Übertemperatur erzeugt. An der Oberfläche des Halbleitermaterials stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Adsorption und Desorption von Sauerstoff ein. Trifft ein oxidierbares Gas auf den Sensor, regiert dieses mit dem Sauerstoff, wodurch eine Änderung der Leitfähigkeit des Halbleitermaterials entsteht.  

 
              Auszug 1                                                                                              Auszug 2

 

Wie die Diagramme zeigen (Quelle Figaro, Sensorhersteller), ist die Leitfähigkeitsänderung durch Einzelgase prinzipiell verifizierbar. Wenn nun aber ein Gasgemisch vorliegt (dies ist der Standardfall bei Messungen der Raumluftqualität), ist die Angabe in ppm VOC nicht mehr möglich. Nehmen wir für das obere Diagramm ein Verhältnis Rs/R0 von 0.4 an. Wenn die Zusammensetzung des Mischgases nicht bekannt ist, kann das Verhältnis Rs/R0 von 0.4 hier im Beispiel durch 5ppm Hydrogen, aber auch durch 90ppm CO erzeugt worden sein.  

 

Information zu:   CO2-Messung    &    VOC-Messung    &    CO2 und/oder VOC?

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