GASEX OEM FTIR-Gasanalysemodul mit beheizter Multipass-Gaszelle
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Das GASEX OEM FTIR Gasanalysemodul von Arcoptix ist eine integrierte Gasanalyseplattform, die das FTIR ROCKET Interferometer des Unternehmens mit einer robusten, beheizten Multi-Pass-Gaszelle kombiniert. Ausgelegt für OEMs und Systemintegratoren liefert es hochaufgelöste Infrarotspektren für ein breites Spektrum von Gasen in industriellen Emissionen, Verbrennungs-, Prozess- und Umweltanwendungen.
Die Gaszelle mit geringem Volumen bietet eine effektive optische Weglänge von bis zu 5 m bei einem Innenvolumen von nur 0,2 Litern und ermöglicht so eine hohe Empfindlichkeit bei schnellem Gasaustausch. Interne Optiken mit Rhodium- und goldbeschichteten Spiegeln machen die Zelle hochbeständig gegenüber aggressiven und sauren Gasen wie HF, HCl, HBr, CO, CO₂, NOₓ, NH₃, SO₂, CH₄ und verschiedenen VOCs.
Das FTIR Spectrometer verwendet ein dauerhaft ausgerichtetes duales Retro-Reflektor Interferometer und einen thermoelektrisch gekühlten MCT Detektor und liefert stabile Messungen mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis über den mittleren Infrarotbereich von 2,0 µm bis 12,0 µm – abhängig von der gewählten Konfiguration. USB-Konnektivität und die AoDAQ Softwareplattform vereinfachen Steuerung, Datenerfassung und Fernbetrieb, sei es von einem Desktop-PC oder einem Embedded Single-Board-Computer.
Typische Nachweisgrenzen von unter 1 ppm für viele Gase in Kombination mit einer Auflösung bis hinunter zu 0,5 cm⁻¹ machen das GASEX OEM Modul geeignet für Anwendungen, die moderne Emissions- und Umweltrichtlinien einhalten müssen.
Optisches Design des Systems – Interferometer und Multi-Pass-Gaszelle
Das Gasex-System ist um zwei Hauptelemente herum aufgebaut: ein Interferometer-Modul und eine Multi-Reflexions-Gaszelle. Das Interferometer-Modul umfasst die IR-Lichtquelle und einen MCT-Detektor.
Infrarotlicht wird von einer Blackbody-Strahlungsquelle erzeugt und anschließend von einem Dual-Corner-Cube-Interferometer moduliert. Nach der Modulation wird das Licht in die Gaszelle eingekoppelt, in die das Probengas eingeführt wird. In dieser sogenannten „White Cell“ wird der Strahl 32‑mal hin- und herreflektiert, wodurch die effektive optische Weglänge und damit die Empfindlichkeit der Messung deutlich erhöht wird. Abschließend wird das austretende Licht auf den MCT-Detektor fokussiert, wo das Spektrum aufgezeichnet und analysiert wird.
Wie funktioniert das Interferometer? Permanent ausgerichtetes Interferometer
Im Herzen des FT-Rocket befindet sich ein duales Corner-Cube-(Retro-Reflektor-)Interferometer. Beide Corner-Cubes sind auf einem gemeinsamen Schwenkarm montiert. Wenn sich dieser Arm dreht, erzeugt er den optischen Weglängenunterschied zwischen den beiden Armen des Interferometers, der für die Fourier-Transform-Spektroskopie benötigt wird.
Dieses Konzept ist als „permanent ausgerichtetes“ Interferometer bekannt. Die Geometrie ist intrinsisch stabil, wodurch es sehr unempfindlich gegenüber Vibrationen und Temperaturschwankungen ist, sodass im Laufe der Zeit keine Nachjustierung erforderlich ist. Der Schwenkarm selbst wird von einem verschleißfreien Flexure-System getragen, was die mechanische Konstruktion äußerst robust und langlebig macht.
Festkörper-Referenzlaser
Um die Bewegung der Spiegel präzise zu verfolgen, wird ein Festkörper-Referenzlaser in das Interferometer eingekoppelt. Im Vergleich zu klassischen HeNe-Lasern sind die hier eingesetzten Festkörperlaser kompakter und bieten eine deutlich längere Lebensdauer. Außerdem weisen sie nur eine sehr geringe, temperaturbedingte Wellenlängen-Drift auf. Wird die Temperatur mit einem Peltier-Element stabilisiert, kann ihre Wellenlänge bis auf wenige ppm konstant gehalten werden und liefert so eine hochgenaue und reproduzierbare Wellenlängenskala. Dies ist entscheidend, um konsistente Ergebnisse von Tag zu Tag und von Gerät zu Gerät sicherzustellen.
Eigenschaften
- Integriertes FTIR-Spektrometer und Multi-pass-Gaszelle: Bietet ein komplettes Gasanalysmodul, das für die OEM-Integration bereit ist und die Notwendigkeit eliminiert, separate Komponenten zu entwickeln und auszurichten.
- Bis zu 5 m optische Weglänge in 0,2 L Volumen Erzielt hohe Empfindlichkeit und niedrige Nachweisgrenzen bei gleichzeitig kleinem Gasvolumen für schnelle Ansprechzeiten und geringen Probenverbrauch.
- Beheizte Gaszelle bis 200 °C: Verhindert Kondensation und unterstützt die Messung von feuchten und korrosiven Gasströmen, wie sie typischerweise in Rauchgas-, Abgas- und Prozessanwendungen vorkommen.
- Chemisch resistente interne Optik: Rhodium- und goldbeschichtete Spiegel bieten eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Säuregasen und aggressiven Komponenten, reduzieren Wartungsaufwand und verlängern die Lebensdauer.
- Hochauflösendes FTIR (bis hinunter zu 0,5 cm⁻¹): Liefert spektrale Details, die für die selektive Quantifizierung überlappender Gasabsorptionsbanden und die Einhaltung von Emissionsmessnormen ausreichen.
- Thermoelektrisch gekühlter MCT-Detektor (2–12 µm Bereich): Kombiniert hohe Detektivität mit einer kompakten, wartungsfreundlichen Kühlung und macht flüssigen Stickstoff überflüssig.
- Dauerhaft justierter dualer Retroreflektor-Interferometer: Gewährleistet langfristige mechanische Stabilität, Robustheit gegenüber Vibrationen und Temperaturdrift und macht eine Nachjustierung im Feld überflüssig.
- Aktive interne H₂O- und CO₂-Unterdrückung (Absotrans™): Minimiert den Einfluss von Wasser und Kohlendioxid im Gehäuse des Interferometers und verbessert so die Baselinestabilität und Wiederholgenauigkeit der Messungen.
- USB-Schnittstelle mit AoDAQ Software und kostenloser GUI: Vereinfacht Kommunikation, Konfiguration und Datenerfassung und ermöglicht eine einfache Integration in übergeordnete Leitsysteme über TCP/IP.
- Offene API und Entwicklungssbeispiele: Unterstützung für C++, C#, LabVIEW und MATLAB ermöglicht es OEMs, das GASEX OEM Modul in kundenspezifische Steuerungs-, Analyse- und Automatisierungsplattformen einzubetten.
- Kompaktes und leichtes System: Kleine Stellfläche und geringes Gewicht erleichtern die mechanische Integration in Racksysteme, Schaltschränke oder mobile Messplattformen.
- Optionale Probenahme-, Gasaufbereitungs- und Kalibrierzubehörteile: Bieten einen Weg zu vollständigen, applikationsspezifischen Lösungen für korrosive, feuchte oder partikellastige Gasströme.
Verfügbare Modellvariationen
Alle verfügbaren Varianten und ein Vergleich ihrer Spezifikationen
| Parameter | GASEX-OEM-060-4TE | GASEX-OEM-085-4TE | GASEX-OEM-120-4TE |
|---|---|---|---|
Beamsplitter material | CaF₂ | ZnSe | ZnSe |
Spectral range [cm⁻¹] | 5000–1660 | 6600–1200 | 5000–830 |
Spectral range [µm] | 2.0–6.0 | 1.5–8.5 | 2.0–12.0 |
D* [cm Hz¹ᐟ² W⁻¹] |
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Signal-to-noise ratio (0.5 cm⁻¹, 1 min scan) |
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Technische Spezifikationen des GASEX OEM FTIR Gasanalysators
| Parameter | Value |
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Detector type | MCT, four-stage thermoelectrically cooled |
Interferometer design | Permanently aligned dual retro-reflector |
Available resolutions [cm⁻¹] | 8, 4, 2, 1 or 0.5 |
Wavenumber repeatability | < 10 ppm |
Scan frequency | > 1.5 Hz at 0.5 cm⁻¹ |
Internal reference laser | Temperature-stabilised solid-state laser at 850 nm |
Absotrans™ | Active suppression of water and carbon dioxide inside the interferometer housing |
A/D converter | 24 bit |
Operating temperature | 10–40 °C |
Humidity | Up to 90 % (non-condensing) |
Communication interface | USB 2.0 |
Built-in light source | SiC globar stabilised at 1550 K |
Power requirement (FT-IR only) | < 35 W at 12 V DC |
Software interface | Windows 7/10/11; LabVIEW; .NET-compatible DLL; API for control via Arcoptix DLL |
FAQs
für GASEX OEM FTIR-Gasanalysemodul mit beheizter Multipass-Gaszelle
Das GASEX OEM Modul ist als integrierte, FTIR-basierte Gasanalyseplattform für OEMs und Systemintegratoren konzipiert. Es kombiniert einen kompakten Interferometer, eine IR-Quelle und einen MCT-Detektor mit einer beheizten Multi-Pass-Gaszelle, um Infrarot-Absorptionsspektren von Gasen in Anwendungen wie Emissionsüberwachung, Verbrennungsregelung, Umweltanalytik und industrieller Prozessüberwachung zu messen.
Laut Produktbeschreibung machen die internen Beschichtungen und das optische Design das System für viele gängige Rauchgas- und Prozessgase geeignet, einschließlich saurer Gase wie HF, HCl und HBr sowie CO, CO₂, NO, NO₂, NOₓ, NH₃, SO₂, CH₄ und eine Vielzahl von VOCs. Die genaue Liste der quantifizierbaren Komponenten hängt vom gewählten Spektralbereich, dem Kalibrierungsmodell und der jeweiligen Anwendung ab.
Auf der Seite wird angegeben, dass die typischen Nachweisgrenzen für die meisten Gase mit einer Integrationszeit von etwa 20 Sekunden unter 1 ppm liegen. Die tatsächliche Leistung in einer konkreten Installation hängt von der optischen Konfiguration, der Gasmatrix, der Zelltemperatur und dem verwendeten Kalibrierungsmodell ab.
Das Multi-Pass-Design zwingt den IR-Strahl dazu, im Inneren der Zelle viele Male hin- und herreflektiert zu werden, wodurch eine effektive optische Weglänge von bis zu 5 m bei einem physikalischen Zellvolumen von nur 0,2 Litern erreicht wird. Eine längere Weglänge erhöht das Absorptionssignal für eine gegebene Gaskonzentration und ermöglicht es dem Analysator, niedrigere Konzentrationen zu detektieren, ohne die Zellgröße zu vergrößern.
Das duale Retro-Reflektor-Interferometer ist mechanisch robust und dauerhaft ausgerichtet, sodass keine periodische Nachjustierung erforderlich ist – selbst in Umgebungen mit Vibrationen und Temperaturschwankungen. Dies verbessert die Langzeitstabilität, stellt eine gleichbleibend hohe Wellenlängengenauigkeit sicher und reduziert den Serviceaufwand im Vergleich zu herkömmlichen Interferometern mit beweglichem Spiegel.
Das FTIR-Modul kommuniziert über USB und wird von der AoDAQ-Acquisition-Software unterstützt, die auf Standard-PCs oder Embedded Single-Board-Computern laufen kann. AoDAQ übernimmt die Kommunikation mit dem Spektrometer, verarbeitet Rohsignale zu Spektren und stellt einen TCP/IP-Server bereit, sodass übergeordnete Steuerungs- oder SCADA-Systeme über einfache Netzwerkbefehle auf Daten und Parameter zugreifen können. Zusätzlich werden eine API und DLLs mit Beispielen für C++, C#, LabVIEW und MATLAB bereitgestellt.
Eine kostenlose Windows-GUI wird für die grundlegende Steuerung, Konfiguration und Visualisierung von Echtzeit-Spektren bereitgestellt, einschließlich Funktionen wie Mittelung, Referenzspektren, Transmissions-/Reflexionsmodi und Anzeige des Interferogramms. Für weitergehende Analysen werden in Zusammenarbeit mit einem externen Partner zusätzliche Panorama-Softwaremodule von Drittanbietern und das IRAnalyze-Paket angeboten, die Werkzeuge für multivariate Quantifizierung, Spektralbibliothekssuche und Interpretation von IR-Banden bereitstellen.
Das FTIR-Modul selbst ist für den Betrieb zwischen 10 °C und 40 °C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von bis zu 90 % (nicht kondensierend) spezifiziert. Die Gasküvette kann bei Temperaturen von −20 °C bis 200 °C betrieben werden und verfügt über Heizelemente, um sie bei etwa 180 °C zu stabilisieren, was wichtig ist, um feuchte oder korrosive Gase ohne Kondensation zu messen.
