NDIR-Gasanalysatoren – nichtdispersive Infrarottechnik
Optische Absorptionsmessung mit nichtdispersivem Infrarot (NDIR) für CO, CO₂, CH₄, N₂O, Kohlenwasserstoffe und Kältemittel – eine ausgereifte, kostengünstige und bewährte Lösung für CEMS-Abgasüberwachung und Prozessüberwachung, wenn die molekulare Infrarotabsorption stark und die Gasmatrix gut charakterisiert ist.
Was ist eine NDIR-Gasanalyse?
NDIR ist die bewährte Arbeitstechnologie für die industrielle Infrarot-Gasmessung. Statt ein kontinuierliches Spektrum abzutasten, nutzt sie eine breitbandige IR-Quelle, einen oder mehrere Bandpassfilter zur Isolierung des molekularen Absorptionsmerkmals des Zielgases und einen Detektor, der die durchgelassene Energie integriert. Die Abnahme der durchgelassenen Lichtintensität wird mithilfe des Beer-Lambert-Gesetzes in eine Konzentration umgerechnet. NDIR ist kostengünstiger, einfacher und mechanisch stabiler als abtastende Spektroskopieverfahren. Deshalb bleibt die Technik die Standardwahl für CO- / CO₂-CEMS, die Verbrennungsregelung in Prozessen, die CO₂-Überwachung der Innenraumluft sowie zahlreiche Anwendungen zur Messung von Treibhausgasen und Kältemitteln. Dafür bietet NDIR weniger Selektivität einzelner Spektrallinien und reicht nicht bis in den ppb-Spurenbereich – dafür ist TDLAS die passende Technik. Bei Gasmatrixen mit beherrschbaren Querempfindlichkeiten (oder solchen, die sich mit Zweistrahl- / Gasfilterkorrelationsoptik und geeigneter Messgasaufbereitung korrigieren lassen) ist NDIR die richtige Wahl. Alles andere würde das Projektbudget falsch einsetzen.
NDIR-Messprinzip
Hinweise zu Auslegung und Messgasaufbereitung
- Wasserdampf ist bei den meisten NDIR-Messkanälen die wichtigste störende Komponente der Gasmatrix. Trocknen Sie das Messgas entweder vorgelagert (Peltierkühler / Nafion) oder führen Sie die Querempfindlichkeit über eine Zweistrahl-Referenz oder einen optischen GFC-Messkopf aus.
- Verunreinigungen optischer Fenster (Ruß, Ölfilm, Kondensat) sind die häufigste Ursache für Feldausfälle. Sehen Sie eine Partikelfiltration und beheizte Probenahmeleitungen oberhalb des Kohlenwasserstoff-Taupunkts vor.
- Bei Abgasmessungen müssen Temperatur- und Druckkompensation integriert sein. Eine unkorrigierte Drift von 10 °C oder eine Druckschwankung von 50 mbar verschiebt Messwerte auf %-Niveau unbemerkt.
- Kontrolle der Messspandrift: Ein rückführbares Nullgas (N₂ oder gereinigte Null-Luft) sowie eine zertifizierte Spangasflasche alle 24–90 Tage sind für den behördlich geregelten CEMS-Betrieb unverzichtbar.
- Die optische Weglänge ist eine Auslegungsentscheidung und kein Zubehör. Eine Verdopplung der Messzellenlänge verbessert den Nachweis niedriger Konzentrationen, erhöht aber bei Konzentrationsspitzen auch das Sättigungsrisiko. Die richtige Auslegung hängt von der Anwendung ab.
Einstrahl, Zweistrahl und GFC
GFC (Gas Filter Correlation) ist eine Variante der NDIR-Optikfamilie und keine eigenständige Technologie. Wählen Sie anhand der Komplexität der Gasmatrix, der zulässigen Drift und des Umfangs der Vorschrifteneinhaltung aus den drei Varianten.
Einstrahl-NDIR
Ein optischer Weg führt durch die Messzelle. Als Referenz dient entweder ein zeitmultiplexierter Strahl oder eine benachbarte Wellenlänge am selben Detektor.
- Geringste Kosten und einfachste Optik
- Kompakt genug für OEM-, tragbare und IAQ-Module
- Wenige bewegliche Teile
- Stärker von Drift der Quelle / des Detektors betroffen
- Weniger robust gegenüber Querempfindlichkeiten durch H₂O und CO₂
- Regelmäßige Messspankontrolle für die Einhaltung von Vorschriften erforderlich
Innenraumluftqualität (CO₂), kostengünstige Prozessanzeigen, OEM-Rauchgasmodule
Zweistrahl-NDIR
Zwei parallele optische Wege – eine Messzelle und eine versiegelte Referenzmesszelle (oder zwei Detektoren mit unterschiedlichen Filtern) – deren Signale ins Verhältnis gesetzt werden, um Schwankungen der Quellenintensität auszugleichen.
- Drift der Quelle und Fensterverunreinigungen werden durch das Signalverhältnis ausgeglichen
- Stabiles Kalibrierverhalten über lange Intervalle
- Die Standardarchitektur für CO- / CO₂-CEMS mit hohen Anforderungen an die Vorschrifteneinhaltung
- Höhere Kosten und größerer optischer Messkopf
- Weiterhin empfindlich gegenüber der Gasmatrix, wenn kein Trockner oder Korrekturfilter vorhanden ist
CEMS für industrielle Prozesse, CO- / CO₂-Messung an Verbrennungsabgasen, Rauchgasüberwachung in Raffinerien
GFC-NDIR (Gas Filter Correlation)
Ein rotierendes Filterrad enthält eine versiegelte, mit dem Zielgas selbst gefüllte Messzelle. Das Filterrad wechselt den optischen Weg zwischen einem Zustand, in dem das Zielgas blockiert ist, und einem Zustand, in dem es durchgelassen wird. GFC ist eine Variante der NDIR-Familie, die Querempfindlichkeiten durch den H₂O- / CO₂-Untergrund durch Selbstreferenzierung unterdrückt.
- Selbstreferenzierung gegen Störungen der Gasmatrix am charakteristischen Fingerabdruck des Zielmoleküls
- Gute Wahl für N₂O, CO und NH₃ in feuchten oder CO₂-reichen Abgasen
- Stabilität auf CEMS-Niveau ohne Umstieg auf Laseroptik
- Das rotierende Filterrad erhöht die mechanische Komplexität
- Weiterhin Breitband: Für Anforderungen unterhalb des ppm-Bereichs eignet sich TDLAS besser
N₂O im Restgas von Salpetersäureanlagen (z. B. ZS6500-N2O), CO in feuchten Abgasen, CEMS für Treibhausgase mit hohen Anforderungen an die Vorschrifteneinhaltung
Ideale Einsatzbereiche für NDIR
NDIR ist die Standardwahl für CO und CO₂, eine gute Wahl für CH₄ / N₂O / SO₂ und bedingt geeignet für THC und Kältemittel. Jede Tabellenzeile verlinkt auf die Gaskategorie von GESHINE, die derzeit die jeweilige Anwendung abdeckt.
| Gas | Formel | Absorptionsband | Typischer Messbereich | NDIR-Eignung | Hinweise und empfohlene Lösung |
|---|---|---|---|---|---|
| Kohlenmonoxid | CO | 4,65 μm (Grundschwingung) | 0–50 ppm / 0–500 ppm / 0–100 %vol (Mehrbereichs-NDIR) | Ausgezeichnet | Das klassische Zielgas für NDIR. Einziger Vorbehalt ist die Überlappung mit N₂O bei etwa 4,5 μm – Zweistrahl- oder GFC-Optik löst das Problem in gemischten Abgasen. CO- / CO₂-Kategorie |
| Kohlendioxid | CO₂ | 4,26 μm (stark) / 2.7 / 15 μm | 0–500 ppm (IAQ) / 0–20 %vol (Verbrennung) / 0–100 %vol (CEMS / Prozess) | Ausgezeichnet | Die starke, gut isolierte Absorption und die breite Verfügbarkeit kostengünstiger Geräte machen NDIR zur Standardtechnologie für CO₂ in der Innenraumluftqualität, in Prozessen und in CEMS. CO- / CO₂-Kategorie |
| Methan | CH₄ | 3,3 μm / 7,7 μm | 0–100 ppm (Leck / IAQ) / 0–100 %vol (Prozess) | Gut | NDIR eignet sich für hohe CH₄-Konzentrationen / %vol und Anwendungen nahe der unteren Explosionsgrenze. Schwerere Kohlenwasserstoffe absorbieren jedoch ebenfalls im Bereich um 3,3 μm. Für die Unterscheidung einzelner Komponenten oder Methan im ppb-Spurenbereich ist TDLAS die richtige Wahl. Kategorie für brennbare Gase |
| Distickstoffmonoxid | N₂O | 4,50 μm (Grundschwingung) | 0–50 ppm (CEMS) / 0–5 %vol (Prozess) | Gut | N₂O und CO absorbieren beide im Bereich von 4,5 μm. Deshalb kommt GFC-NDIR häufig bei feuchtem Restgas aus Salpetersäureanlagen und bei CEMS für Treibhausgase zum Einsatz. ZS6500-N2O ist die hauseigene GFC-Infrarotlösung. N₂O-Kategorie |
| Gesamtkohlenwasserstoffe (THC) | CnHm | 3,3–3,4 μm (C–H-Streckschwingung) | 0–100 ppmC bis 0–10.000 ppmC | Bedingt geeignet | NDIR für THC ist bei einfachen Gasmatrixen eine kostengünstige Option (Referenz: EPA Method 25B), doch das Ansprechverhalten hängt von der Kohlenstoffverbindung ab. Für die kontinuierliche Messung mit hoher Vorschriftenkonformität bleibt FID das Referenzverfahren. Verweisen Sie Kunden, die belastbare THC-Messwerte benötigen, auf die primäre FID-Lösung. THC- / NMHC-Kategorie |
| Schwefeldioxid | SO₂ | 7,3 μm / 8,6 μm | 0–500 ppm (CEMS) / 0–5 %vol (Prozess / Säureanlage) | Gut | NDIR für SO₂ kommt an Kessel- und Säureanlagenabgasen zum Einsatz, wenn keine UV-DOAS-Technik gewählt wird. Die übliche technische Lösung zur Unterdrückung von Wasserdampf ist eine Zweistrahloptik oder eine beheizte Probenahme. SO₂- / NOx-Kategorie |
| Kältemittel und Halogenkohlenwasserstoffe | R-134a / R-410A / SF₆ | 8–10 μm (C–F- / S–F-Streckschwingung) | 0–100 ppm (Leckage) / 0–1000 ppm (Rückgewinnung) | Bedingt geeignet | NDIR für Kältemittel ist ein etablierter Markt (Lecksuche, Wartung, Rückgewinnung), die Messung ist jedoch stark stoffabhängig. Üblicherweise kommen Partner- oder OEM-Module zum Einsatz und nicht die aktuelle eigene Produktlinie von GESHINE. |
NDIR im Vergleich zu TDLAS / GFC / UV-DOAS
Wählen Sie die Technologie passend zur Gasmatrix und den Vorschriften – nicht nach einem Marketing-Schlagwort. NDIR ist die richtige Wahl bei starker Absorption und beherrschbarer Gasmatrix; TDLAS bietet höhere Selektivität und reicht bis in den ppb-Spurenbereich.
| Parameter | NDIR | TDLAS | GFC-NDIR | UV-DOAS |
|---|---|---|---|---|
| Spektralbereich | Mittleres IR 2–15 μm, breitbandig gefiltert | Nahes IR 0,76–2,5 μm, einzelne Laserlinie | Wie NDIR (mittleres IR), mit gasgefüllter Referenzmesszelle | UV 190–400 nm, differentielle Absorption |
| Typische Richtigkeit | ±1–2 % FS | ±0,5–1 % FS oder ±0,1 ppm | ±1–2 % FS, bessere Unterdrückung bei feuchter / CO₂-reicher Gasmatrix | ±1–2 % FS |
| Nachweisgrenze | ppm (niedriger Messbereich: 0,5–5 ppm bei sauberer Gasmatrix) | Von unter ppm bis ppb bei günstigen Messleitungen | Niedrige ppm-Werte (besser als reines NDIR bei störstoffreichen Abgasen) | ppm bei UV-absorbierenden Molekülen (SO₂, NO₂, NH₃, Cl₂) |
| Ansprechzeit (T90) | Typischerweise 15–60 s | <1–10 s | 30–60 s (Modulation durch Filterrad) | 10–30 s |
| Querempfindlichkeiten | H₂O-Untergrund und überlappende IR-Bänder sind die Hauptrisiken | Die Auswahl der Laserlinie trennt benachbarte Komponenten wirksam | Selbstreferenzierung gegen den H₂O- / CO₂-Untergrund am Absorptionsmerkmal des Zielgases | Im UV gering, doch die Zielkomponente der Gasmatrix muss UV-absorbierend sein |
| Mehrere Gase mit einem Messkopf | Ja, mit austauschbaren Filtern (bis zu 3–5 Messkanäle) | Ein Gas je Laser; für mehrere Gase ist eine Optik mit mehreren Lasern erforderlich | Üblicherweise ein Zielgas; mehrere Gase mit mehreren Filterrädern | Ja, durch Dekonvolution des vollständigen UV-Spektrums |
| Messgasaufbereitung | Trockenes Messgas bevorzugt; bei schwereren Kohlenwasserstoffen beheizte Leitung erforderlich | Flexibel – heißes, feuchtes Gas ist zulässig, wenn die Laserlinie H₂O vermeidet | Wie bei NDIR; dank Selbstreferenzierung ist ein Trockner oft optional | Beheizte Probenahme bei sauren / reaktiven Gasmatrixen |
| Relative Anschaffungskosten | Niedrig bis mittel | Mittel bis hoch | Mittel (NDIR + Filterrad) | Mittel bis hoch |
| Ideale Anwendung | CO- / CO₂-CEMS und Verbrennung, CO₂ in der Innenraumluft, kostengünstige Prozessanzeigen | Niedrige ppm-Werte / korrosive oder komplexe Gasmatrix, wenn Selektivität erforderlich ist | N₂O-CEMS, CO in feuchten Abgasen, MRV-Berichterstattung zu Treibhausgasen | SO₂- / NO₂- / NH₃- / Cl₂-CEMS, besonders bei Abgasoptiken mit langem optischem Weg |
NDIR (oder GFC-NDIR) wählen, wenn …
- CO, CO₂, hohe CH₄-Konzentrationen oder N₂O mit hohen Anforderungen an die Vorschrifteneinhaltung in feuchten / CO₂-reichen Abgasen gemessen werden sollen
- ein CEMS-Abgasmessauftrag vorliegt, der bereits auf NDIR / Method 10 / Method 3A Bezug nimmt
- Anschaffungskosten und stabile Kalibrierung über lange Intervalle wichtiger sind als Messungen bis in den ppb-Spurenbereich
- ein Filterrad mit mehreren Messbereichen oder Messkanälen die Standardisierung des Gerätebestands vereinfacht
- Querempfindlichkeiten der Gasmatrix bekannt sind und sich mit einem Trockner oder Zweistrahl- / GFC-Optik beheben lassen
TDLAS / FTIR / UV-DOAS / FID wählen, wenn …
- Messungen bis in den ppb-Spurenbereich oder die Selektivität einer einzelnen Spektrallinie erforderlich sind (TDLAS für NH₃ / HF / HCl)
- im Abgas SO₂ / NO₂ / NH₃ / Cl₂ überwiegen und eine starke UV-Absorption vorliegt (UV-DOAS)
- Labor oder Forschung und Entwicklung eine Dekonvolution des vollständigen Spektrums bei unbekannten Komponenten erfordern (FTIR)
- THC- / NMHC-Berichte nach EPA Method 25A / EN 12619 vorgeschrieben sind (beheizter FID)
- die Gasmatrix von überlappenden IR-Bändern geprägt ist, die NDIR nicht trennen kann
NDIR im industriellen Einsatz
Von CO- / CO₂-CEMS und Verbrennungsregelung über N₂O-Messungen im Restgas von Salpetersäureanlagen bis hin zu CO₂-Messungen in Gebäuden und Kohlenwasserstoff-Screenings an Prozessentlüftungen – hier zeigt sich, wo NDIR in der Anlage überzeugt.
CO- / CO₂-CEMS an Abgasen
- Herausforderung
- Verbrennungsquellen – Kohle, Gas, Biomasse und Abfall – erfordern eine kontinuierliche, belastbare Berichterstattung zu CO und CO₂ gemäß 40 CFR Part 60 / Part 75 sowie den entsprechenden EU-IED-BAT-Grenzwerten. Bei der Auswahl zählen meist Kosten, Zuverlässigkeit und stabiles Kalibrierverhalten über lange Intervalle mehr als Messungen bis in den ppb-Spurenbereich.
- Lösung
- Zweistrahl-NDIR mit beheizter extraktiver Messung oder gekühltem und getrocknetem Messgas, kombiniert mit einem rückführbaren Null- / Messspanngaskonzept. Der NDIR-Gasanalysator ZS6200-CO/CO₂ und das Systempaket ZS-CEMS-100 decken den üblichen industriellen Abgasmessbereich ab.
Verbrennungsregelung und Kesseloptimierung
- Herausforderung
- Prozesskessel, Feuerungsanlagen und Öfen regeln ihr Luft-Kraftstoff-Verhältnis anhand der Rückmeldung von CO und CO₂. Gasanalysatoren in diesen Anwendungen fallen aus, wenn die Probenahmeleitungen unter den Kohlenwasserstoff-Taupunkt abkühlen oder die Messspandrift zwischen Stillständen unbemerkt bleibt.
- Lösung
- NDIR mit beheizter Gasentnahmesonde, beheizter Probenahmeleitung und regelmäßiger Messspankontrolle. Ein Filterrad mit mehreren Messkanälen ermöglicht einem einzigen Messkopf, CO, CO₂ und optional CH₄ zu erfassen, um die Verbrennungseffizienz des Rauchgases und den Schlupf unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu überwachen.
N₂O im Restgas von Salpetersäureanlagen (GFC-NDIR)
- Herausforderung
- Salpetersäureanlagen stoßen nach dem Abgasreinigungsreaktor das starke Treibhausgas N₂O aus. Die Treibhausgasberichterstattung nach 40 CFR Part 98 und EU ETS verlangt kontinuierliche, prüfbare Messwerte in einer feuchten, CO₂-reichen Gasmatrix, in der breitbandiges NDIR allein störanfällig ist.
- Lösung
- GFC-NDIR mit versiegelter N₂O-Referenzmesszelle auf einem rotierenden Filterrad referenziert selbst gegen den H₂O- / CO₂-Untergrund. ZS6500-N2O ist das hauseigene GFC-Infrarotprodukt für diese Anwendung.
CO₂ in Innenräumen und Gebäude-HLK
- Herausforderung
- Die CO₂-Erfassung zur Überwachung der Innenraumluftqualität in gewerblichen HLK-Anlagen und bedarfsgeregelten Lüftungssystemen muss 24/7 mit minimalem Rekalibrierungsaufwand erfolgen und zu Modulpreisen angeboten werden, mit denen TDLAS nicht konkurrieren kann.
- Lösung
- Kompakte Einstrahl-NDIR-Module für das CO₂-Band bei 4,26 μm sind marktüblich. Die CO₂-Einzelkomponentenmessung steuert Klappen in bedarfsgeregelten Lüftungssystemen und unterstützt die Überwachung der Einhaltung von ASHRAE 62.1.
CH₄- / Kohlenwasserstoff-Screening an Prozessentlüftungen
- Herausforderung
- Bei Deponiegas, Biogas, anaerober Vergärung und Prozessentlüftungen ist häufig die Erfassung hoher CH₄- / CO₂-Konzentrationen im %vol-Messbereich erforderlich. Dafür ist FID überdimensioniert und TDLAS wird zu oft als Lösung angepriesen.
- Lösung
- Ein NDIR-System mit mehreren Messkanälen (CH₄ bei 3,3 μm + CO₂ bei 4,26 μm + O₂ über eine paramagnetische Messzelle) ermöglicht eine kompakte Messung der Biogas- oder Deponiegaszusammensetzung. Für die Unterscheidung einzelner NMHC oder THC-Messungen mit hohen Anforderungen an die Vorschrifteneinhaltung ist weiterhin beheizter FID die richtige Wahl.
NDIR- / IR-Produktfamilie von GESHINE
Entdecken Sie die NDIR- / IR-Produktfamilie von GESHINE und die ergänzenden Kategorien. Für THC- oder Kältemittelmessungen mit NDIR beginnen Sie mit den unten verlinkten Kategorien. Unsere Ingenieure ermitteln bei Ihrer Angebotsanfrage die passende Konfiguration.
NDIR-Gasanalysator ZS6200-CO/CO₂
NDIR-Gasanalysator für CO / CO₂ in Prozessen und Verbrennungsanlagen, mit stabiler Messspanne über lange Intervalle und Mehrbereichskonfiguration.
Produkt ansehenCO- / CO₂-CEMS-Systempaket ZS-CEMS-100
NDIR-Systempaket zur kontinuierlichen Emissionsüberwachung und Abgasmessung gemäß 40 CFR Part 60 / EU IED.
Produkt ansehenKategorie der CO- / CO₂-Gasanalysatoren
Das vollständige Sortiment an CO- / CO₂-Gasanalysatoren – NDIR, paramagnetische Messung und Technologievergleich für die Auswahl.
Kategorie ansehenKategorie der N₂O-Gasanalysatoren (Distickstoffmonoxid)
GFC-NDIR für die Prozessüberwachung von Restgas aus Salpetersäureanlagen, Treibhausgas-CEMS, ESG-CO₂-Bilanzierung und Qualitätssicherung von medizinischem Sauerstoff (ZS6500-N2O).
Kategorie ansehenKategorie der Gasanalysatoren für Gesamtkohlenwasserstoffe (THC / NMHC)
NDIR ist eine kostengünstige Option für THC in Anwendungen nach EPA Method 25B. Als Standard für THC-Messungen mit hohen Anforderungen an die Vorschrifteneinhaltung gilt ein beheizter FID-Gasanalysator.
Kategorie ansehenHäufige Fragen zu NDIR-Gasanalysatoren
Häufige Fragen dazu, wann NDIR die richtige Wahl ist, worin sich GFC unterscheidet und wie sich Wasserdampfinterferenzen an realen Abgasstellen beherrschen lassen.
Was ist NDIR und worin unterscheidet es sich von einfachem IR oder FTIR?
NDIR steht für nichtdispersive Infrarotmessung. Anders als ein scannendes FTIR, das das vollständige Spektrum auflöst, verwendet NDIR eine breitbandige IR-Quelle und einen oder mehrere Bandpassfilter, die ein vorab ausgewähltes Absorptionsmerkmal isolieren. Deshalb ist NDIR kostengünstiger, einfacher und mechanisch stabiler – zugleich ist die Selektivität geringer als bei TDLAS (einzelne Laserlinie) oder FTIR (vollständige spektrale Dekonvolution). Für etablierte Zielgase mit hohem Messvolumen wie CO und CO₂ ist es die richtige Wahl, wenn das Absorptionsmerkmal stark und die Gasmatrix gut verstanden ist.
Warum ist NDIR bei CO₂ die Standardwahl statt TDLAS?
Dafür gibt es drei Gründe. Erstens weist CO₂ bei 4,26 μm eine ungewöhnlich starke und gut isolierte Absorption im mittleren IR auf, die NDIR effizient nutzt. Zweitens liegt der Zielkonzentrationsbereich der meisten Anwendungen – von 400 ppm in der Umgebungsluft bis zu 20 %vol im Rauchgas – bequem innerhalb des dynamischen Messbereichs von NDIR. Drittens ist NDIR ein Massenprodukt: NDIR-CO₂-Module werden seit Jahrzehnten in großen Stückzahlen gefertigt, weshalb Anschaffung und OEM-Integration deutlich günstiger sind als bei einem TDLAS-Laserkopf. Bei CO₂ ist TDLAS nur dann im Vorteil, wenn ppb-Spurenmessungen oder die Messung mehrerer Gase mit einem einzelnen Laser für das Projekt ausschlaggebend sind.
Wie beeinträchtigt Wasserdampf NDIR, und wie lässt sich das beherrschen?
Wasser weist eine breite Kontinuumsabsorption im mittleren IR auf, die sich mit vielen Zielgasbanden überlappt – insbesondere mit CO bei 4,6 μm und N₂O bei 4,5 μm. Es gibt drei technische Möglichkeiten: (1) das Messgas vorgeschaltet mit einem Peltierkühler oder einem Nafion-Schlauch trocknen (am einfachsten, kann aber wasserlösliche Zielkomponenten entfernen); (2) Zweistrahloptik mit einem Referenzfilter bei benachbarter Wellenlänge verwenden, um das Kontinuum herauszurechnen; oder (3) eine GFC-Architektur mit einer versiegelten, mit dem Zielgas gefüllten Referenzmesszelle einsetzen, die sich am Zielmerkmal selbst auf die feuchte Gasmatrix referenziert. Die meisten N₂O- und CO-Gasanalysatoren für die vorschriftskonforme Messung an feuchten Abgasen nutzen dafür GFC.
Eignet sich NDIR für Spurenmessungen im ppb-Bereich?
In der Regel nicht. Die Nachweisgrenzen von NDIR werden durch die Bandbreite der Breitbandfilter, Schwankungen der Quellenintensität und das Schrotrauschen nach dem Beer-Lambert-Gesetz bestimmt. Bei realistischen Anwendungen im niedrigen Messbereich sind etwa 0,5–5 ppm in sauberen Gasmatrizes üblich. Für alles im ppb-Bereich – toxische Stoffe an der Grundstücksgrenze, Verunreinigungsprüfungen von Wasserstoff in Brennstoffzellenqualität sowie ppb-Messungen von HCl / HF in der Halbleiterindustrie – sind TDLAS, CRDS oder Chromatografie in Laborqualität geeignet, nicht NDIR. Wenn Ihnen ein „ppb-NDIR“ angeboten wurde, prüfen Sie im Datenblatt noch einmal die Annahmen zur Gasmatrix und optischen Weglänge.
Worin unterscheidet sich GFC von herkömmlichem NDIR?
GFC – Gasfilterkorrelation – ist eine Variante der NDIR-Optikfamilie, keine eigenständige Technologie. Der Unterschied: Der Referenzweg führt durch eine versiegelte Messzelle, die mit dem Zielgas selbst gefüllt ist. Wenn das rotierende Filterrad die mit Zielgas gefüllte Messzelle vor den Strahl bewegt, wird die gesamte Absorption des Zielgases bereits vorweggenommen, sodass der Detektor „alles außer dem Zielgas“ erfasst. Befindet sich die nicht gefüllte Messzelle im Strahlengang, erfasst der Detektor „alles einschließlich des Zielgases“. Der Vergleich der beiden Zustände eliminiert Interferenzen der Gasmatrix am spektralen Fingerabdruck des Zielmoleküls. GFC ist teurer als einfaches NDIR und ergänzt einen Drehmechanismus, macht NDIR aber erst für schwierige Gasmatrizes CEMS-tauglich.
Welche Zertifizierungen braucht ein NDIR-CEMS für den behördlich geregelten Einsatz?
In den USA legen die Performance Specifications 3 (O₂ / CO₂) und 4 / 4A (CO) nach 40 CFR Part 60 Appendix B die Anforderungen an die laufende Richtigkeit und Kalibrierungsdrift fest; für instrumentelle Messungen gelten die Reference Methods 3A und 10. In der EU decken MCERTS (UK Environment Agency) sowie EN 15267 / EN 14181 QAL1 / QAL2 / AST die Typzulassung und die Kalibrierung auf Anlagenebene ab. Für die MRV von Treibhausgasen gelten zusätzlich 40 CFR Part 98 (USA) und Regulation 2018/2066 (EU ETS). Bei der Beschaffung sollten die geforderten Zertifizierungen in der Spezifikation festgelegt werden; verlassen Sie sich nicht auf Marketing-Siegel der Anbieter.
Wie funktioniert ein NDIR-Gasanalysator genau, Schritt für Schritt?
Ein NDIR-Gasanalysator leitet Infrarotlicht durch das Messgas und misst in vier Schritten, wie stark das Zielgas bei seiner charakteristischen Wellenlänge absorbiert. Erstens sendet eine breitbandige IR-Quelle Licht über den mittleren IR-Bereich aus; der Strahl wird unterbrochen oder moduliert, damit die Elektronik ihn von der Hintergrundwärme unterscheiden kann. Zweitens durchquert der Strahl die Messzelle, in der das Zielgas (CO, CO₂, CH₄, N₂O) in seiner Bande absorbiert – zum Beispiel CO₂ bei 4,26 μm. Drittens isoliert ein Bandpassfilter vor dem Detektor diese Bande, und der Detektor misst die verbleibende Intensität. Die fraktionelle Absorption folgt dem Beer-Lambert-Gesetz und steigt proportional zur Gaskonzentration und optischen Weglänge. Viertens setzt eine Einstrahl-Ausführung den Nullpunkt automatisch mit sauberem Gas, während eine Zweistrahl-Ausführung das Messgas mit einem versiegelten Referenzweg vergleicht, um Quelldrift auszugleichen. Anschließend wandelt die Firmware die Absorption in ppm oder %vol um und gibt sie über 4-20 mA / Modbus aus.
NDIR oder FTIR – wann reicht NDIR für ein einzelnes Gas, und wann ist FTIR nötig?
NDIR für ein einzelnes Gas reicht aus, wenn Sie ein oder zwei klar definierte IR-aktive Gase messen. FTIR ist nötig, wenn gleichzeitig viele Komponenten oder ein Mehrkomponenten-Referenzmessverfahren gefragt sind. Wählen Sie NDIR bei einer kurzen, stabilen Zielliste – CO, CO₂, CH₄, N₂O in einer bekannten Gasmatrix –, denn ein Bandpassfilter je Gas ist kostengünstig, robust und bewährt. Ein NDIR-Gasanalysator für ein einzelnes Gas deckt Messaufgaben in Prozessanlagen und CEMS von ppm bis %vol problemlos ab. Wechseln Sie zu FTIR, wenn Sie ungefähr vier oder mehr Komponenten gleichzeitig benötigen, wenn die Speziation von HCl / HF / NH₃ / N₂O wichtig ist (EU-BAT für die Abfallverbrennung, Halbleiterindustrie) oder wenn eine Genehmigung ein Mehrkomponenten-Messverfahren wie EPA Method 320 vorschreibt – Aufgaben, bei denen vier NDIR-Messkanäle teurer und umständlicher sind als ein Spektrometer. Entscheidend für den Wechsel sind die Anzahl der Komponenten und das Messverfahren, nicht die reine Richtigkeit. Eine Erklärung der FTIR-Messmethode und des Vergleichs mit TDLAS und NDIR finden Sie im Leitfaden zu FTIR und NDIR; für GESHINE-Hardware zur Mehrgasmessung ist die Produktionslösung konfiguriertes Mehrweg-TDLAS. Diese NDIR-Seite bleibt der zentrale Anlaufpunkt für IR-Messungen einzelner Gase.
Was ist ein NDIR-Gasanalysator mit geschlossenem Messpfad (extraktiv), und worin unterscheidet er sich von einem mit offenem Messpfad?
Ein NDIR-Gasanalysator mit geschlossenem Messpfad (extraktiv) saugt Messgas in eine versiegelte, interne Messzelle mit fester optischer Weglänge. Ein NDIR-Gasanalysator mit offenem Messpfad misst dagegen über eine freie Strecke im Prozess oder in der Umgebungsluft, ohne Messgas zu entnehmen. Bei einer Ausführung mit geschlossenem Messpfad führen eine Sonde und eine beheizte Leitung Abgas oder Prozessgas durch eine Gasaufbereitung (Filter, Kühler) in die eigene Messzelle des Gasanalysators. Dort werden Temperatur, Druck und optische Weglänge kontrolliert – deshalb dominiert extraktives NDIR bei CEMS- und Prozessmessungen, wenn ein stabiler, reproduzierbarer Messwert zählt. Bei NDIR mit offenem Messpfad verläuft der IR-Strahl über einen Kanal, den Durchmesser eines Abgaskanals oder eine Messstrecke an der Grundstücksgrenze bis zu einem Retroreflektor oder einem separaten Empfänger. So wird eine über den Messpfad gemittelte Konzentration ohne Messgasaufbereitung ermittelt – nützlich für die Überwachung von Bereichen und Grundstücksgrenzen, aber anfällig für Ausrichtungsfehler, Staub und Witterung. Abgewogen werden müssen Kontrolle und Abdeckung: geschlossener Messpfad für eine präzise Punktmessung, offener Messpfad für einen räumlich gemittelten Messwert.
Wie wird eine NDIR-Messzelle kalibriert, und wie oft sind Nullpunkt und Messspanne zu prüfen?
Eine NDIR-Messzelle wird mit einem Nullpunkt und einer Messspanne an zwei Punkten kalibriert: Zuerst wird ein Nullgas (reines N₂ oder gereinigte Luft) zugeführt, um die Basislinie ohne Absorption festzulegen. Danach wird ein zertifiziertes Prüfgas nahe dem oberen Ende des Messbereichs aufgegeben, um die Steigung festzulegen. Die Firmware bildet den Verlauf dazwischen nach dem Beer-Lambert-Gesetz ab. Wie oft das nötig ist, hängt vom Einsatz ab: Prozessmessgeräte können wochenlang stabil bleiben. Bei geregelten CEMS wird jedoch üblicherweise täglich automatisch eine Nullpunkt- und Messspannenprüfung anhand von Referenzgasflaschen durchgeführt und für Audits protokolliert. Ergänzend erfolgt in größeren Abständen eine manuelle Mehrpunktverifizierung im Rahmen der Qualitätssicherung. Drift entsteht durch Alterung der Quelle, das Ansprechverhalten des Detektors und verschmutzte Fenster – genau diese Einflüsse erfasst der Nullpunkt- und Messspannungszyklus, bevor sie den Messwert verfälschen. Zweistrahl- und GFC-Ausführungen referenzieren sich zwischen den Kalibrierungen selbst und verlängern so die Intervalle, machen aber rückführbares Prüfgas nicht überflüssig. Stimmen Sie den Turnus auf die Gasmatrix und die Anforderungen der Aufsichtsbehörde ab, nicht auf einen festen Kalender.
Eignet sich ein tragbarer NDIR-Gasanalysator für den kontinuierlichen Einsatz in einem stationären CEMS?
Nein – ein tragbarer NDIR-Gasanalysator ist für Stichprobenprüfungen und kurze Messkampagnen ausgelegt, nicht für den kontinuierlichen Einsatz in einem stationären CEMS. Ein tragbarer NDIR-Gasanalysator ist auf Batterielaufzeit, kurze Aufwärmzeit und Einhandbedienung bei der Kesseleinstellung, Lecksuche und Inbetriebnahme optimiert. Zwischen den Messungen setzt er den Nullpunkt automatisch neu, statt über Monate eine rückführbare Basislinie zu halten. Ein stationäres CEMS läuft rund um die Uhr ohne Bedienpersonal, mit aufbereitetem Messgas, täglicher automatischer Nullpunkt- und Messspannenprüfung, protokollierter Datenerfassung und der für geregelte Berichte erforderlichen Typzulassung (US Performance Specifications, EN 15267 / EN 14181) – all das bietet ein tragbares Gerät nicht. Ein tragbares Gerät als Ersatz für ein CEMS einzusetzen, scheitert an Verfügbarkeit, Rückführbarkeit und Zertifizierung; ein Auditor wird die Daten ablehnen. Die passende Lösung ist ein stationäres CEMS am behördlich geregelten Messpunkt und ein tragbarer Gasanalysator für Messkampagnen und Gegenprüfungen im Umfeld.
Bereit, einen NDIR-Gasanalysator zu spezifizieren?
Nennen Sie das Zielgas, die Zusammensetzung der Gasmatrix, den erforderlichen Messbereich und die geltenden Vorschriften. Die Anwendungstechniker von GESHINE bestimmen innerhalb von 48 Stunden den passenden Weg mit NDIR, GFC oder einer verwandten Technologie – einschließlich der Frage, ob NDIR tatsächlich die richtige Wahl ist oder das Projekt auf TDLAS, UV-DOAS oder FID setzen sollte.
- Zielgas (CO / CO₂ / CH₄ / N₂O / THC / Kältemittel)
- Zusammensetzung der Gasmatrix (Feuchte, CO₂, Kohlenwasserstoffe, Staub)
- Erforderlicher Messbereich und Nachweisgrenze
- Bevorzugte Ausführung (Einstrahl / Zweistrahl / GFC)
- Regelwerk (40 CFR Part 60 / 75 / 98, EU IED, MCERTS)
- Anforderungen an den explosionsgefährdeten Bereich und Umgebungstemperaturbereich
- Ausgabeprotokolle (4-20 mA / RS-485 Modbus / HART)
- Anforderungen an die Messgasaufbereitung (beheizte Leitung, Trockner, Sondenausführung)
Fachberatung zu NDIR anfordern
Unsere Anwendungstechniker sagen Ihnen offen, ob NDIR für Ihr Abgas die richtige Wahl ist oder das Projekt auf TDLAS, UV-DOAS oder beheiztes FID setzen sollte – anschließend legen sie die passende Konfiguration fest.
