Optimierter dynamischer Betrieb und multivariate Signalauswertung zum selektiven Nachweis von VOCs im ppb-Bereich

Abstract:
Ein Verfahren zur Optimierung der Betriebsweise von Metalloxid-Halbleiter-Gassensoren und der Signalverarbeitung zur Detektion von flüchtigen organischen Verbindungen im ppb- und sub-ppb-Bereich wird beschrieben. Die Sensoren wurden hierbei im temperaturzyklischen Betrieb eingesetzt, der durchlaufene Temperaturzyklus wurde anhand mehrerer Testmessungen iterativ optimiert. Dabei wurde auf eine selektive Erkennung der Zielgase zueinander bei gleichzeitiger Verkürzung des Zyklus hingearbeitet. Weiterhin wird die Vorgehensweise bei der Signalauswertung beschrieben. Verwendet wird hier die lineare Diskriminanzanalyse; als Eingangsdaten dafür werden Merkmale aus den gemessenen zyklischen Sensorsignalen extrahiert. Schließlich werden Ergebnisse einer Testmessung mit drei Zielgasen im ppb- und sub-ppb-Bereich präsentiert, bei der unter anderem ein Störgas mit einer Konzentration im ppm-Bereich zu den Zielgasen zugegeben wurde. Als Zielgase wurden Formaldehyd, Benzol und Naphthalin eingesetzt, als Störgas Ethanol. Die prinzipielle Möglichkeit der Identifizierung der Zielgase mit einer LDA-Berechnung, auch vor dem viel höheren Störgashintergrund, wird verdeutlicht und es werden verschiedene Methoden zur Verbesserung der LDA-Ergebnisse aufgezeigt.