Ratgeber
Vorbeugen ist bekanntlich besser als heilen. Das gilt in besonderem Maße für die Qualität der Luft, die wir atmen. Eine zu hohe Konzentration gefährlicher Gase, wie Kohlenmonoxid oder brennbare Gase, kann schwerwiegende gesundheitliche Folgen haben und im schlimmsten Fall sogar tödlich sein.
Insbesondere in Arbeitsumgebungen, wo mit offenen Flammen oder chemischen Substanzen umgegangen wird, besteht ein erhöhtes Risiko.
Daher ist eine regelmäßige Überwachung der Luftqualität von entscheidender Bedeutung. Spezialisierte Messgeräte helfen dabei, potenzielle Gefahren frühzeitig zu erkennen und entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Im Folgenden werden wir verschiedene Arten dieser Geräte vorstellen und ihre spezifischen Funktionen erläutern.
Was sind Gasmessgeräte?
Mit Gasmessgeräten lässt sich das Vorhandensein beziehungsweise die Konzentration von gasförmigen Stoffen in der Umgebungsluft feststellen. Zu finden sind sie häufig in industriellen, gewerblichen und sicherheitsrelevanten Anwendungen. Unterteilen lassen sich die Geräte in tragbare und stationäre Ausführungen.
Tragbare Gasmessgeräte sind klein, handlich und daher tragbar. Sie werden oft in Bereichen eingesetzt, in denen das Personal potenziellen Gefahren durch giftige oder explosive Gase ausgesetzt sind, dazu gehören beispielsweise Bergwerke, Raffinerien oder chemische Anlagen.
Stationäre Gasmessgeräte sind dagegen fest installiert. Sie überwachen kontinuierlich die Gaszusammensetzung in bestimmten Bereichen, häufig in Industrieanlagen, Laboren und anderen festen Standorten. Gasmessgeräte sind essentiell für die Arbeitssicherheit und den Umweltschutz: Sie erkennen gefährliche Gaskonzentrationen frühzeitig und helfen, entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen.
Funktionsweise von Gasmessgeräten
Das Funktionsprinzip basiert auf der physikalischen oder chemischen Interaktion zwischen der Umgebungsluft und dem Detektor. Dabei kommen je nach gasförmigem Medium unterschiedliche Analyse- und Messverfahren zum Einsatz, die auf spezifischen Sensoren und deren Eigenschaften beruhen. Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messungen zu gewährleisten, spielen die Kalibrierung und Wartung der Geräte eine entscheidende Rolle.
Sensorik und Messverfahren
Gasmessgeräte nutzen verschiedene Sensoren und Messverfahren, um die Anwesenheit beziehungsweise Konzentration von Gasen in der Umgebungsluft genau zu bestimmen.
Katalytische Sensoren nutzen die katalytische Oxidation als Messverfahren. Sie erkennen brennbaren Gase wie Methan, Propan und Wasserstoff. Der Sensor besteht aus einem kleinen Platinwiderstand als Katalysator. Trifft ein brennbares Gas auf den Sensor, oxidiert es auf der Katalysatoroberfläche und erzeugt dabei Wärme. Diese Wärme führt zu einer Veränderung des elektrischen Widerstands, die gemessen und zur Bestimmung der Gaskonzentration verwendet wird.
Infrarot-Sensoren beruhen auf dem physikalischen Prinzip, dass bestimmte Gase Infrarotlicht bei spezifischen Wellenlängen absorbieren. Dazu schickt eine IR-LED im Gerät Infrarotlicht durch die Probenluft. Der Sensor vergleicht die ursprüngliche Wellenlänge der LED mit jener in der durchstrahlten Probenluft und kann so die Menge des absorbierten Lichts messen. Diese Menge dient dann zur Bestimmung der Gaskonzentration. Erkennbar sind Kohlendioxid, Methan und andere Treibhausgase.
Elektrochemische Sensoren detektieren toxische Gase wie Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff und Stickstoffdioxid. Zur Bestimmung enthält der Sensor eine Elektrolytflüssigkeit und zwei Elektroden. Wenn das Zielgas in den Sensor eindringt, reagiert es elektrochemisch mit dem Elektrolyten und erzeugt einen elektrischen Strom. Die Stärke dieses Stroms ist proportional zur Gaskonzentration.
Halbleiter-Sensoren reagieren auf eine Änderung des elektrischen Widerstands und erkennen Kohlenmonoxid und Methan. Die Sensorik besteht aus einem Metalloxid-Halbleitermaterial, dessen elektrischer Widerstand sich in Anwesenheit von Zielgasen ändert. Diese Widerstandsänderung wird gemessen und zur Bestimmung der Gaskonzentration genutzt.
Photoionisationsdetektoren arbeiten ähnlich wie Infrarot-Sensoren. Sie verwenden aber kein infrarotes, sondern ultraviolettes Licht auf einem erheblich höheren Energielevel. Das UV-Licht ist so stark, dass es die Moleküle im Zielgas ionisiert, also durch den Verlust oder dem Hinzufügen von Elektronen elektrisch leitend macht. Die so erzeugten Ionen lassen sich als elektrischer Strom messen, wobei sich die Stromstärke proportional zur Ionisierung der Gasprobe verhält. Geeignet sind diese Detektoren zutr Erkennung flüchtiger organischer Verbindungen wie Benzol oder Toluol.
Chemilumineszenz-Sensoren dienen zur Detektion von Stickstoffoxiden. Das Gerät saugt auch bei dieser Sensorik eine Probe der Umgebungsluft ein, die mit einem Reagenz in Kontakt kommt, beispielsweise die Kombination von Luminol und Wasserstoffperoxid. Bei der dann folgenden chemilumineszenten Reaktion wird Licht emittiert, dessen Intensität gemessen und zur Bestimmung der Gaskonzentration verwendet wird.
Massenspektrometrie ist ein zwar kostspieliges, wenngleich auch sehr präzises Messverfahren. Dabei werden werden die Moleküle der Zielgase ionisiert und nach ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis getrennt. Die resultierenden Ionen werden detektiert und quantifiziert, was eine genaue Bestimmung der Gaskonzentration ermöglicht.
Kalibrierung und Wartung
Bei der Nullpunkt-Kalibrierung wird das Gasmessgerät mit einer gasfreien Referenz – zum Beispiel reinem Stickstoff oder Luft – eingestellt, um den Nullpunkt festzulegen. Die Spannungskalibrierung erfolgt durch die Anwendung einer bekannten Konzentration eines Kalibriergases.
Das Gerät wird so eingestellt, dass es die bekannte Konzentration korrekt anzeigt. Kalibriergase müssen von hoher Reinheit und bekannter Konzentration sein. Häufig wird auch eine Zwei-Punkt-Kalibrierung durchgeführt, bei der sowohl der Nullpunkt als auch ein zweiter Punkt mit einer bekannten Konzentration kalibriert werden.
Gasmessgeräte sind regelmäßig zu kalibrieren, da ansonsten die Genauigkeit nicht zu gewährleisten ist. Die Frequenz hängt von der Nutzungshäufigkeit und den Bedingungen ab, unter denen das Gerät verwendet wird. Eine typische Empfehlung ist eine monatliche Kalibrierung, kann aber je nach Herstellerempfehlungen und Einsatzbedingungen variieren. Für tragbare Geräte wird sogar eine Kalibrierung vor jeder Nutzung empfohlen.
Die Wartung von Gasmessgeräten umfasst die optische Inspektion, bei der auf physische Schäden, Korrosion oder Verschleiß zu achten ist. Handelt es sich um ein tragbares Gerät, ist der Batteriestand zu überprüfen. Wichtig ist allerdings auch die regelmäßige Reinigung von Sensoren. Einige Typen besitzen nur eine begrenzte Lebensdauer und sind regelmäßig auszutauschen, Filter sollten immer auf Verstopfung überprüft und bei Bedarf gewechselt werden.
CO2 Messgeräte
CO2-Messgeräte sind spezialisierte Instrumente zur Erkennung und Überwachung der Kohlendioxidkonzentration in der Luft.
Das Messgerät besteht aus einer IR-Lichtquelle, einer Gaskammer, einem Filter zur Selektion der spezifischen Wellenlänge und einem Detektor, der die nicht absorbierte Infrarotstrahlung misst.
Kohlenmonoxid-Messgeräte
CO-Messgeräte dienen der Messung und Überwachung von Kohlenmonoxid in der Luft. CO ist ein farb- und geruchloses Gas, das bei unvollständiger Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen entsteht. In der Regel sind diese Geräte mit einem Alarm ausgestattet, der bei zu hoher CO-Konzentration automatisch auslöst. Häufigste Technologie in CO-Messgeräten ist der elektrochemische Sensor.
Gasleck-Detektoren
Sie erkennen das Vorhandensein von Leckagen in Gasleitungen oder -systemen. Es gibt sie mit katalytischen, elektrochemischen und infrarotempfindlichen Sensoren sowie mit Sensoren auf Halbleiterbasis.
Kohlendioxid-Messgeräte
Kohlendioxid-Messgeräte – auch CO2-Messgeräte genannt – sind zur Überwachung und Messung der Kohlendioxidkonzentration in der Luft im Einsatz. Es gibt sie mit infrarotempfindlichen und mit elektrochemischen Sensoren.
Sauerstoff-Messgeräte
Sauerstoff-Messgeräte sind einerseits zur Überwachung von Sauerstoffkonzentrationen in Verbrennungsprozessen, Kesselanlagen und Schweißprozessen im Einsatz, andererseits auch in der Medizin. Während sie im industriellen Bereich Verbrennungsprozesse optimieren, kontrollieren sie in Krankenhäusern die Sauerstoffsättigung im Blut eines Patienten.
Ein bekannter Hersteller ist die deutsche Firma Dräger. Als Detektor für Sauerstoff gibt es elektrochemische und optische Sensoren sowie Sensoren auf der Basis von Zirkoniumdioxid als Elektrolyt, das bei hohen Temperaturen ionenleitend wird. Die Sauerstoffkonzentration wird durch die Differenz der Sauerstoffpartialdrücke auf beiden Seiten der Elektrolytschicht gemessen.
Schadstoff-Messgeräte
Schadstoff-Messgeräte dienen der Überwachung der Luftqualität in Innenräumen und im Freien. Sie detektieren gasförmige Schadstoffe und Partikel, die gesundheitsschädlich sein können.
Zu den gemessenen Stoffen gehören beispielsweise Formaldehyd, flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und Feinstaub.
Einsatzgebiete sind u.a. die Überprüfung von Wohnräumen, Arbeitsplätzen und Industrieanlagen.
Schadstoff-Messgeräte helfen dabei, die Belastung mit Luftschadstoffen zu erfassen und gegebenenfalls Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität zu ergreifen. Bekannte Hersteller sind unter anderem Testo und Dräger.
Arbeitssicherheit und Umweltschutz
Gasmessgeräte spielen eine entscheidende Rolle in der Arbeitssicherheit und im Umweltschutz, da sie helfen, gefährliche Gase zu erkennen und zu überwachen. Diese Geräte tragen dazu bei, potenzielle Gesundheits- und Sicherheitsrisiken zu minimieren und die Umwelt zu schützen.
Im Rahmen der Arbeitssicherheit detektieren sie giftige Gase und schützen damit das Personal vor akuten Vergiftungen und langfristigen Gesundheitsschäden. In Raffinerien, Bergwerke, Lackierereien und Orte, an denen brennbare Gase oder Dämpfe vorhanden sind, können sie vor Explosionen warnen. Ähnliches gilt für Industrieanlagen, Kraftwerke, Müllverbrennungsanlagen und andere Emissionsquellen, hier geht es allerdings in erster Linie um die Emissionsüberwachung.
Zum Einsatzgebiet der Messgeräte gehört auch die Überwachung der Luftqualität in städtischen und ländlichen Gebieten, im Straßenverkehr und auf Baustellen. Die Wasser- und Bodenüberwachung bei Gewässern, Kläranlagen, Deponien und landwirtschaftliche Flächen ist ebenfalls ein Einsatzgebiet.
Industrielle Prozesse
Eine typische Anwendung von Gasmessgeräten ist die Optimierung der Verbrennungseffizienz und die Reduzierung von Emissionen. Wichtig sind sie auch beim Vermeiden von Abgasverlusten und unerwünschten Verbrennungsnebenprodukten. Sie können zudem in industriellen Prozessen die Produktqualität sicherstellen und Reinigungsprozessen überwachen. Die Öl- und Gasindustrie nutzt diese Geräte häufig zur Überwachung von Getreidesilos und Chemikalienlagern.
Welche Gase werden von tragbaren Gasmessgeräten erkannt?
Die bei tragbaren Messgeräten am häufigsten nachgefragten Gase zählen zu den Bereichen der brennbaren und toxischen Gase. Dazu gehören zum einen Methan, Propan, Butan, Wasserstoff, Ethan und Acetylen, zum anderen Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Chlor, Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid, Phosgen, Cyanwasserstoff und Formaldehyd.
Reine Sauerstoff-Messgeräte gibt es ebenso wie Messgeräte, die nur Kohlendioxid detektieren können. Für das Erkennen und Messen flüchtiger organischer Verbindungen wie Benzol, Toluol, Xylol und Ethylenoxid sind auch Kombigeräte für mehrere Gase verfügbar. Diese Multigas-Detektoren, die es auch für andere Gaskombinationen gibt, sind besonders nützlich in Umgebungen, in denen verschiedene Gasgefahren bestehen.
Wofür steht die Abkürzung ppm bei tragbaren Gasmessgeräten?
Die Abkürzung ppm steht für "parts per million", also Teile pro Million. Sie ist eine Maßeinheit, die häufig sowohl bei tragbaren als auch bei stationären Gasmessgeräten verwendet wird, um die Konzentration von Gasen in der Luft anzugeben. Diese Einheit gibt an, wie viele Teile eines bestimmten Gases in einer Million Teile Luft vorhanden sind. Zum Beispiel bedeutet eine Konzentration von 1 ppm, dass ein Teil des Gases von einer Million Teile Luft umgeben ist.