NOx-Messung mittels Chemilumineszenz

Wie funktioniert das Chemilumineszenz-Verfahren?

Die Chemilumineszenz beruht auf der Messung des Lichts, das bei einer chemischen Reaktion freigesetzt wird. Bei der Stickoxidmessung reagiert das Stickstoffmonoxid (NO) in der Probe mit Ozon (O₃), das im Analysator erzeugt wird. Bei der Reaktion entstehen NO₂-Moleküle in einem angeregten Zustand, die bei der Rückkehr in den Grundzustand schwaches Licht im nahen Infrarotbereich aussenden.

Die Intensität des ausgesandten Lichts ist proportional zur NO-Konzentration in der Probe; das Licht wird von einem Photomultiplier erfasst. NO₂ in der Probe sendet nicht direkt Licht aus. Deshalb wird die Probe zunächst durch einen beheizten Konverter geleitet, in dem NO₂ chemisch zu NO reduziert wird. Die Differenz zwischen den Messungen mit und ohne Konverter ergibt die NO₂-Konzentration, die Messung mit Konverter das gesamte NOx.

Chemilumineszenz: Messgrößen und Einsatzgebiete

Das Verfahren dient zur Messung von NO, NO₂ und NOx. Je nach Gerätekonfiguration decken die Messbereiche eine große Spanne ab, von ppb-Werten in der Außenluft bis zu Hunderten von ppm in Prozess- und Emissionsanwendungen. Typische Anwendungen sind:

• Luftqualitätsmessstationen in städtischen und industriellen Gebieten
• Rauchgas- und Prozessemissionsmessungen, extraktive CEMS
• Kalibrierlabore und Referenzmessungen
• Periodische Emissionsmessungen mit tragbaren Rauchgasanalysatoren

Chemilumineszenz: Stärken und Grenzen

Da die Chemilumineszenz eine hohe Empfindlichkeit bei niedrigen Konzentrationen und ein schnelles Ansprechen bietet, ist sie ein weit verbreitetes Referenzverfahren für die NOx-Messung. Das Ansprechverhalten bleibt über einen großen Bereich linear, und die Messung kann kontinuierlich erfolgen.

Es gibt auch Grenzen: Der Analysator benötigt zur Ozonerzeugung eine Trockenluft- oder Sauerstoffquelle, Feuchtekondensation in der Probenleitung kann die Messung beeinträchtigen, und da der Konverter mit der Zeit altert, muss sein Umwandlungsgrad regelmäßig geprüft werden. Manche Verbindungen wie Ammoniak können sich im Konverter zu NO umwandeln und den NOx-Wert verfälschen; Probenzusammensetzung und Konvertertyp sind daher passend zur Anwendung zu wählen.

Einschlägige Normen

Das Chemilumineszenz-Verfahren zur Messung von NO und NO₂ in der Außenluft ist in EN 14211 beschrieben. Auf der Emissionsseite bezieht sich das von tragbaren Analysatoren verwendete NOx-Messverfahren auf EN 14792. Die Bauartzulassung der Geräte wird im Zertifizierungssystem EN 15267 bewertet.

Chemilumineszenz: Hinweise zur Geräteauswahl

Bei der Auswahl sind der Messbereich (Spurenbereich in der Außenluft oder hohe Emissionswerte), der Konvertertyp, die Probenfeuchte und die für die Ozonerzeugung benötigte Luftquelle gemeinsam zu bewerten. Um die richtige Konfiguration für die Anwendung zu bestimmen, berücksichtigt Tetra auch den Bedarf an Probenleitung, Filtern und Kalibriergas.

Tetra und Chemilumineszenz-Analysatoren

In der Türkei übernimmt Tetra Lieferung, Installation, Inbetriebnahme, Kalibrierung und regelmäßige Wartung von Analysatoren auf Chemilumineszenz-Basis. Zum Produktspektrum gehören die NO-NO₂-NOₓ-Analysatoren Thermo Scientific 42i und 42iQ sowie der tragbare Rauchgasanalysator Mega System Thyris. PAC NSure misst den Gesamtstickstoff nach Verbrennung der Probe mittels Chemilumineszenz. Diese Geräte lassen sich auch in von Tetra vorbereitete Schaltschränke für Luftqualitätsstationen und CEMS-Systeme integrieren.