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Weltweit erstes optisches HCl-Gasnormal

Optisches Spektrometer für die Rückführung von Chlorwasserstoff-Messgeräten

PTBnews 3.2022
12.09.2022
Besonders interessant für

Betreiber von Biogas-/Biomethananlagen

Betreiber von großtechnischen Verbrennungsanlagen (Kraftwerken)

Betreiber von Reinraumzentren

Referenz- und Analyselabore

In einer Biogasanlage entstehen bei der Vergärung Säuren. Kommen Chloride dazu, etwa aus Abfällen aus der Lebensmittelindustrie, kann sich korrosive Salzsäure bilden (die wässrige Lösung des Gases HCl). Auch bei der Verbrennung von (Braun-)Kohle, Hausmüll oder von Biomasse (Holz/Stroh) kann HCl entstehen. Selbst in der Luft von Reinraumzentren müssen kleinste Spuren von HCl gemessen werden, um Produktqualitätsschwankungen in den hergestellten Halbleitern zu vermeiden.

Kalibriergase für die SI-Rückführung der HCl-Instrumente sind problematisch: Diesen Gasmischungen mangelt es an Stabilität, und es gibt sie lediglich als HCl-N2-Mischung, was zu systematischen Kalibrierabweichungen in anderen Gasmatrizen außer Stickstoff führt.

Der neue optische Gasstandard (OGS) der PTB beseitigt diese Mängel und kann zukünftig für HCl-Qualitätskontrollmessungen und für Kalibrierdienstleistungen an HCl-Sensoren eingesetzt werden. Er benötigt keine Vorkalibrierung mit einem Referenzgas, sondern stützt sich auf SI-rückgeführte HCl-Spektraldaten sowie Messungen von Gasdruck und Gastemperatur. So können direkt absolute SI-rückgeführte Gasspezieskonzentrationen ermittelt werden.

Das PTB-HCl-OGS ist ein spezielles optisches Spektrometer basierend auf direkter abstimmbarer Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (dTDLAS). Es beruht auf einem Diodenlaser im mittleren Infrarot, einem Infrarot-Halbleiter-Detektor sowie einer PTB-eigenen Datenauswertung.

Das Instrument wurde erstmals metrologisch validiert, indem es in einer bilateralen Vergleichsstudie mit einem neuen primären gravimetrischen HCl-Gasstandard des koreanischen Metrologieinstituts KRISS verglichen wurde. Bei einer HCl-Konzentration von 100 μmol/mol betrug die Vergleichbarkeit zwischen PTB und KRISS 0,3 μmol/mol (d. h. 0,3 % relativ). Derzeit wird das Gerät in einem weiteren neuen globalen metrologischen Vergleich bei 30 μmol/mol HCl in N2 eingesetzt. In Laborstudien der PTB konnte gezeigt werden, dass bei anderen Laserwellenlängen hochauflösende HCl-Messungen auch in Luft oder Biomethan möglich sind. Daher ist zu erwarten, dass metrologische Kalibrierdienste im Bereich von 200 μmol/mol bis 10 μmol/mol angeboten werden können. Darüber hinaus ist der HCl-OGS-Ansatz sowohl zur Feldkalibrierung als auch zur direkten Messung von HCl geeignet.

Da stabile, rückgeführte, gravimetrische HCl-Gasgemische in Druckzylindern (oder dynamischen Erzeugungssystemen) nicht routinemäßig im Handel erhältlich sind, kann das neue Normal der Industrie mittelfristig dazu verhelfen, die Betriebskosten von HCl-Messungen zu senken und die Genauigkeit der Messungen zu verbessern.

Ansprechpartner

Javis Nwaboh
Fachbereich 3.4
Analytische Chemie der Gasphase
Telefon: (0531) 592-3156
Opens local program for sending emailjavis.nwaboh(at)ptb.de

 

Wissenschaftliche Veröffentlichung

J. Nwaboh, Z. Qu, O. Werhahn, V. Ebert: EURAMET 1498 Final Report – Hydrogen Chloride in Nitrogen (2022)