Selektive Quantifizierung von Schwefelverbindungen mit MOS-Sensoren

Abstract:
Während der temperaturzyklische Betrieb (TCO) bisher primär zur Verbesserung der Selektivität eingesetzt wurde, soll im Rahmen dieser Studie die Quantifizierung speziell von H2S im Konzentrationsbereich von 50-400 ppb untersucht werden. Der Metalloxid-Gassensor wird dabei zunächst 5 s bei 450 °C betrieben, gefolgt von 20 s bei 150 °C. Aus der Steigung des logarithmierten Leitwerts über die Zeit und der Bandverbiegung des Sensors für ein einfaches Korngrenzenmodell lässt sich die Ratenkonstante kgas für die differentielle Reduktion der Sensoroberfläche (DSR) bestimmen. Über diese Ratenkonstante ist es möglich, die H2S Konzentration unabhängig von häufig auftretenden Störgasen wie H2 und CH4 zu bestimmen. Eine Veränderung der H2 und CH4 Konzentration verursacht eine starke Änderung des Leitwerts über den gesamten Temperaturzyklus. Außerdem führt eine dauerhafte Exposition großer Konzentrationen reduzierender Gase wie CH4 zu einer Drift des Leitwerts. Die Ratenkonstante bei 150 °C ist davon allerdings nicht betroffen. Eine Quantifizierung über den Leitwert direkt (Wert am Ende der 150 °C-Stufe) ist aufgrund der verschiedenen Drifteffekte wenig erfolgversprechend. Die berechnete Ratenkonstante erlaubt dagegen eine lineare Quantifizierung von H2S im betrachteten Konzentrationsbereich unabhängig von der CH4- und H2-Hintergrundkonzentration.