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C2H4O-/Cl2-/CO-/H2S-/NH3-/NO2-/NO-/SO2-Sonde für Gase
3.9.3 C
H
O-/Cl
2
4
Grundlagen elektrochemische Sensoren
Maßgeblich für die Funktion der elektrochemischen Sensoren sind sog. Re-
dox-Vorgänge. Bei der chemischen Reaktion zweier Stoffe werden meist Elek-
tronen zwischen den Stoffen übertragen. Ein Reaktionspartner wird oxidiert, er
gibt Elektronen ab, der andere reduziert, er nimmt Elektronen auf. Gelingt es,
Oxidation und Reduktion räumlich in sog. Halbzellen (Anode, Kathode) so von-
einander zu trennen, dass der Elektronentausch nicht direkt zwischen den Mo-
lekülen stattfindet, sondern über einen äußeren Stromkreis, kann der Elektro-
nenstrom als Maß für die Intensität der Reaktion genutzt werden. Technisch ist
das so realisiert, dass die Vorgänge an Elektroden ablaufen, die in einen Elek-
trolyten eingetaucht sind, durch den ein Ionenaustausch möglich ist.
Stellvertretend seien zur Verdeutlichung die Elektrodenreaktionen eines CO-
Sensors und eines H
Reaktion
H
Oxidation - Anode H
S + 4 H
2
Reduktion - Katode 2O
2
Physikalische Konzentrationseinheiten
Die wichtigste Einheit bei der Messung von Gasen ist der Volumenanteil in
Prozent, bzw. in Teilen pro Million, abgekürzt "ppm". Eigentlich entspricht die
Bezeichnung "ppm" nicht mehr den gültigen Normen. Exakt müsste sie "ml/m
bzw. "mg/kg" lauten, was im Prinzip das Gleiche bedeutet. Wie groß der Anteil
der zu bestimmenden Gase in der Umgebungsluft bei den einzelnen Konzen-
trationseinheiten ist, soll nachfolgende Tabelle veranschaulichen:
1 Prozent (%) ist ein Teil von hundert Teilen
1 Promille (‰) ist ein Teil von tausend Teilen
1 part per million (ppm) ist ein Teil von einer Million
1 part per billion (ppb) ist ein Teil von 1 Milliarde Teilen
1 part per trillion (ppt) ist ein Teil von 1 Billion Teilen
1 part per quadrillion (ppq) ist ein Teil von einer Billiarde Teilen
Messprinzip
Ein elektrochemischer Sensor besteht aus einem meist als Messzelle bezeich-
neten Gehäuse, dessen Stirnseiten mit gasdurchlässigen Membranen ver-
schlossen sind. Im Gehäuse befinden sich ein Elektrolyt, die Messelektrode
und die Gegenelektrode. Das Elektrolyt selbst kann flüssig oder gelförmig sein
oder ein poröser Feststoff ist damit getränkt. Es besteht aus einer starken ba-
sischen oder sauren Lösung, deren Bestandteile in ionisierter Form vorliegen.
In die Messzelle diffundiert die zu messende Luft hinein und an der Elektrode
werden die frei werdenden H+ Ionen und die Elektronen in einer Kathodenre-
aktion „verbraucht". Der dabei erzeugte Strom zwischen Annode und Kathode
ist der Gaskonzentration in der Messluft direkt proportional.
ALMEMO
®
Handbuch V9
-/CO-/H
S-/NH
2
2
3
S-Sensors genannt:
2
S-Sensor ( Schwefelwasserstoff )
2
O → H
SO
+ 8H
2
2
4
+
-
+ 8H
+ 8e
→ 4H
O
2
-/NO
-/NO-/SO
2
2
CO-Sensor ( Kohlenmonoxid )
+
-
+ 8e
CO + H
O → CO
2
½ O
+ 2H
2
10 Gramm
pro Kilogramm
1 Gramm
pro Kilogramm
1 Milligramm pro Kilogramm
1 Mikrogramm pro Kilogramm
1 Nanogramm pro Kilogramm
1 Picogramm pro Kilogramm
-Sonde für Gase
+
-
+ 2H
+ 2e
2
+
+ 2e → H
O
2
10 g/kg
1g/kg
0,001g/kg
0,000 001g/kg
0,000 000 001g/kg
0,000 000 000 001g/kg
3-9-15
3
3
"
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