TDLAS

TDLAS-Gasanalysatoren

Tunable-Diode-Laser-Absorptionsspektroskopie für schnelle, selektive Gasmessungen in rauen Industrieumgebungen.

Einzellinienlaser-Gasanalysatoren für NH₃, HF, HCl, CO, CO₂, O₂, H₂O, CH₄, H₂S und C₂H₂ – als in-situ-Quermessung über den Abgaskanal oder in extraktiver Ausführung erhältlich, von ppb-Spurennachweis bis zur Verbrennungsüberwachung im Prozentbereich.

10+messbare Gase
<1sAnsprechzeit (T90)
ppbSpurennachweis
2 ModiIn situ und extraktiv
Technologieübersicht

Was ist ein TDLAS-Gasanalysator?

Ein TDLAS-Gasanalysator (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) verwendet einen Halbleiterlaser, der auf eine spezifische Gasabsorptionswellenlänge abgestimmt ist, um die Gaskonzentration schnell und selektiv zu messen. Anders als breitbandige Messverfahren erfasst TDLAS einzelne Absorptionslinien. So sind störungsfreie Messungen in komplexen industriellen Gasströmen möglich.

In industriellen Umgebungen – von Kraftwerksabgaskanälen bis zu chemischen Reaktoren – enthalten Prozessgasströme bei extremen Temperaturen Dutzende Verbindungen. Bei herkömmlichen breitbandigen Gasanalysatoren kommt es häufig zu Querempfindlichkeiten zwischen überlappenden Absorptionsspektren. TDLAS vermeidet dieses Problem mit einem schmalbandigen Laser, der eine einzelne, molekülspezifische Absorptionslinie abtastet. So wird eine Selektivität erreicht, die kein filterbasiertes oder dispersives Messverfahren bieten kann.

GESHINE hat seine Gasanalytikplattform auf TDLAS-Technologie aufgebaut, da sie die von der Schwerindustrie geforderte Kombination aus Geschwindigkeit, Selektivität und Robustheit bietet – vom ppb-Spurennachweis bis zur Verbrennungsüberwachung im Prozentbereich, sowohl in situ als auch extraktiv.

TDLAS-Messprinzip

Schritt 1LaseremissionDer abstimmbare Diodenlaser emittiert Licht bei der Absorptionswellenlänge des Zielgases.
Schritt 2GasabsorptionZielmoleküle absorbieren Licht bei ihrer spezifischen Wellenlänge.
Schritt 3SignalverarbeitungDas Beer-Lambert-Gesetz berechnet die Gaskonzentration anhand der Absorptionstiefe.
Funktionsprinzip

So funktioniert die TDLAS-Technologie

WellenlängenabstimmungDer Laser wird auf die Absorptionslinie des Zielgases abgestimmt.
LichtübertragungDas Licht durchdringt das Prozessgas (in situ oder in der Messzelle).
Molekulare AbsorptionMoleküle des Zielgases absorbieren die spezifische Wellenlänge.
NachweisDer Fotodetektor misst die Intensität des durchgelassenen Lichts.
BerechnungDas System berechnet die Konzentration anhand des Beer-Lambert-Gesetzes.

Optik mit einfachem oder mehrfachem Durchgang

Einfacher Durchgang (Quermessung über den Abgaskanal)

Der Laserstrahl durchquert den Prozesskanal einmal. Die Weglänge entspricht dem Kanaldurchmesser. Geeignet für Gase mit hoher Konzentration (O₂, CO₂, H₂O), bei denen kein langer optischer Weg erforderlich ist. Einfachere Ausrichtung und geringerer Wartungsaufwand.

Mehrfachdurchgang (Herriott-Messzelle)

Der Strahl wird zwischen Spiegeln mehrfach reflektiert. So entstehen effektive Weglängen von 5–100 Metern in einer kompakten Messzelle. Das ist entscheidend für Spurengase (NH₃, HF, HCl, H₂S), bei denen die Empfindlichkeit im ppb-Bereich ein maximales Absorptionssignal erfordert.

In-situ- oder extraktive Ausführung

In situ (quer durch den Kanal)

Laser und Detektor werden direkt am Prozesskanal montiert – eine Messgasentnahme ist nicht erforderlich. Ansprechzeit unter einer Sekunde, keine Verzögerung durch Messgastransport. Ideal für Verbrennungsregelung, Sicherheitsverriegelungen und Prozessrückmeldungen in Echtzeit.

Extraktiv (Messzelle)

Das Messgas wird aufbereitet und in eine Messzelle geleitet. Das ermöglicht Mehrkomponentenanalysen, die Verifizierung der Kalibrierung und Berichte zur Einhaltung von Vorschriften. Erforderlich, wenn eine In-situ-Montage nicht praktikabel ist oder geregelte Verfahren eine Messgasaufbereitung verlangen.

Vorteile

Warum TDLAS für die industrielle Gasanalytik?

Schnelle Ansprechzeit

Technischer Vorteil

Direkte Absorptionsmessung ohne chemische Reaktion oder Diffusionsverzögerung – der Laser tastet die Absorptionslinie mit Kilohertz-Raten ab und ermöglicht bei geeigneten Konfigurationen T90-Ansprechzeiten unter 1 Sekunde.

Ergebnis für den Betrieb

Ermöglicht eine Prozessregelung mit geschlossenem Regelkreis in Echtzeit, reduziert den Reagenzienverbrauch in DeNOx-Systemen und verhindert, dass Produkte bei schnellen Änderungen der Prozessgasströme außerhalb der Spezifikation liegen.

Hohe Selektivität

Technischer Vorteil

Die Laserlinienbreite (< 0.001 nm) ist deutlich schmaler als die Absorptionslinie des Zielgases. Daher trägt nur das Zielmolekül zum Messsignal bei. Hintergrundgase und benachbarte Spektrallinien werden wirksam ausgeblendet.

Ergebnis für den Betrieb

Präzise Messungen in komplexen Gasmatrizen ohne Korrekturen für Querempfindlichkeiten – dadurch sinken die Messunsicherheit und die Zahl der Fehlalarme in sicherheitskritischen Anwendungen.

Geringer Wartungsaufwand

Technischer Vorteil

Es müssen keine verbrauchbaren Sensorelemente, Reagenzlösungen oder optischen Filter ausgetauscht werden. Die Lebensdauer der Laserdiode beträgt typischerweise mehr als 10 Jahre. In-situ-Ausführungen machen Messgasaufbereitungsanlagen vollständig überflüssig.

Ergebnis für den Betrieb

Niedrigere Gesamtbetriebskosten und weniger ungeplante Ausfallzeiten – besonders wertvoll bei abgelegenen Installationen oder in Anlagen mit wenig instrumententechnischem Wartungspersonal.

Hohe Empfindlichkeit

Technischer Vorteil

Mehrfachdurchgang-Messzellen verlängern den effektiven Absorptionsweg in einem kompakten Gehäuse auf mehrere Meter. Das verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis und ermöglicht bei geeigneter Konfiguration den Spurennachweis bis zu Konzentrationen im ppb-Bereich.

Ergebnis für den Betrieb

Erfüllt strenge Reinheitsspezifikationen in der Halbleiterfertigung mit UHP-Gasen, bei der Luftzerlegung und in der Spezialchemie, wo herkömmliche Gasanalysatoren die erforderlichen Nachweisgrenzen nicht erreichen.

Für raue Umgebungen geeignet

Technischer Vorteil

In-situ-TDLAS-Sonden sind für die direkte Installation an Hochtemperatur-Abgaskanälen und Prozessleitungen ausgelegt (Prozessgas bis 500 °C oder höher). Das optische Messprinzip ist von Natur aus beständig gegen Vergiftung durch korrosive Komponenten wie HF und HCl.

Ergebnis für den Betrieb

Zuverlässige kontinuierliche Messung in Anwendungen, in denen herkömmliche elektrochemische oder katalytische Sensoren schnell verschleißen – dadurch sind weniger Sensoraustausche und geringere Wartungskosten erforderlich.

Erfasste Gase

Mit TDLAS messbare Gase

Die TDLAS-Gasanalysatoren von GESHINE messen 10+ Gase aus den Kategorien Säure- und Korrosivgase, Verbrennungs- und Prozessgase sowie Feuchte- und Spezialgase.

Säure- und Korrosivgase

NH₃Ammoniak
Messbereich
0–100 ppm
Typische Anwendung
Überwachung des Ammoniakschlupfs bei der DeNOx-SCR/SNCR
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HFFluorwasserstoff
Messbereich
0–50 ppm
Typische Anwendung
Emissionsregelung in der Ofenhalle der Aluminiumschmelze
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HClChlorwasserstoff
Messbereich
0–200 ppm
Typische Anwendung
Rauchgasüberwachung bei der Abfallverbrennung
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Verbrennungs- und Prozessgase

CH₄Methan
Messbereich
0–100 % LEL / 0–5 % vol
Typische Anwendung
Lecknachweis an Erdgasleitungen und Messung für die Übergabe
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CO₂Kohlendioxid
Messbereich
0–30 % vol
Typische Anwendung
Rauchgasanalyse bei der Verbrennung und Überwachung der Kohlenstoffemissionen
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COKohlenmonoxid
Messbereich
0–5000 ppm
Typische Anwendung
Regelung der Verbrennungseffizienz an Kessel- und Ofenaustritten
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O₂Sauerstoff
Messbereich
0–25 % vol
Typische Anwendung
Prozessregelung und Optimierung der Verbrennungszuluft
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H₂SSchwefelwasserstoff
Messbereich
0–1000 ppm
Typische Anwendung
Erdgasaufbereitung und Überwachung des Tailgases in der SRU
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Feuchte- und Spezialgase

H₂OFeuchte
Messbereich
0,1 ppm – 30 % vol
Typische Anwendung
Entwässerung von Erdgas und Überwachung der Feuchte in Leitungen
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C₂H₂Acetylen
Messbereich
0–100 ppm
Typische Anwendung
Analyse gelöster Gase in Transformatoröl (DGA)
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Anwendungen

TDLAS-Anwendungen in der Industrie

Von CEMS-Abgaskanälen und Ammoniakschlupf bis zu Abfallverbrennung, petrochemischen Prozessen, Stahlmetallurgie und Luftzerlegung – hier kommt TDLAS in der Anlage zum Einsatz.

CEMS-Emissionsüberwachung

NH₃HClHFCOO₂
Prozessmessstelle
Messstellen an Abgaskanälen und Leitungen hinter Anlagen zur Schadstoffminderung (SCR, Wäscher, Elektrofilter).
Warum TDLAS?
TDLAS bietet die schnelle Ansprechzeit und hohe Selektivität, die für die Messung reaktiver und korrosiver Gase (NH₃, HCl, HF) in heißem, feuchtem Rauchgas erforderlich sind – also unter Bedingungen, bei denen herkömmliche IR-Gasanalysatoren durch spektrale Interferenzen und Kondensation beeinträchtigt werden können.
Empfohlen
ZS8100-NH3 (in situ) oder ZS8100 (extraktiv)

DeNOx / Ammoniakschlupf

NH₃NOO₂
Prozessmessstelle
Messung hinter dem SCR/SNCR-Katalysatorbett zur Erfassung des nicht umgesetzten Ammoniaks, das den Reaktor verlässt.
Warum TDLAS?
Die Ansprechzeit unter einer Sekunde ermöglicht eine Rückmeldung an das Reagenzien-Einspritzsystem in Echtzeit. So werden sowohl Überdosierungen von Ammoniak (die zu Ablagerungen von Ammoniumbisulfat führen) als auch Unterdosierungen (die eine Überschreitung der NOx-Genehmigungsgrenzwerte verursachen) verhindert.
Empfohlen
ZS8100-NH3 In-situ-Gasanalysator

Abfallverbrennung

HClHFNH₃COO₂
Prozessmessstelle
Rauchgasweg nach der Verbrennung, einschließlich der Messung hinter dem Sprühabsorber und dem Gewebefilter.
Warum TDLAS?
Die Zusammensetzung des Abfalls ändert sich kontinuierlich, wodurch die Säuregaskonzentrationen schnell schwanken. Bei geeigneter Konfiguration bewältigt TDLAS diese Schwankungen mit kurzer T90-Ansprechzeit und zuverlässiger Messung selbst bei hoher Staub- und Feuchtebelastung.
Empfohlen
ZS8100 extraktiv oder ZS8100-NH3 in situ

Petrochemischer Prozess

COCO₂CH₄H₂SO₂
Prozessmessstelle
Prozessgasströme in Reformern, Crackern und Schwefelrückgewinnungsanlagen sowie an Übergabemessstellen von Pipelines.
Warum TDLAS?
TDLAS ermöglicht störungsfreie Messungen von Zielgasen in komplexen Kohlenwasserstoffmatrizen. Der Verzicht auf Verbrauchssensoren senkt die Gesamtbetriebskosten in Anlagen mit Hunderten von Messstellen.
Empfohlen
ZS8100 extraktiv mit einfachem Durchgang

Stahl und Metallurgie

COCO₂O₂H₂O
Prozessmessstelle
Gichtgas aus Hochöfen, Konverterabgas aus BOF-Konvertern, Kokereigas und Regelung der Atmosphäre beim Stranggießen.
Warum TDLAS?
Heiße und staubbeladene Gase in Stahlwerken stellen herkömmliche Gasanalysatoren vor Herausforderungen. In-situ-TDLAS-Sonden halten Prozesstemperaturen von über 500 °C stand und bieten die für die Optimierung des Konverterblasens erforderliche kurze Ansprechzeit.
Empfohlen
ZS8100-NH3 in situ oder ZS8100 extraktiv

Luftzerlegung

H₂OCO₂C₂H₂
Prozessmessstelle
Ein- und Austritt der Vorreinigungsanlage sowie Verifizierung der Produktgasreinheit an den Austritten der kryogenen Kolonnen.
Warum TDLAS?
In Luftzerlegungsanlagen ist der Nachweis von Feuchte und Verunreinigungen im Spurenbereich (ppb bis niedriger ppm-Bereich) erforderlich, um kryogene Anlagen vor Eisbildung zu schützen. Die TDLAS-Plattform mit Mehrfachdurchgang erreicht die nötige Empfindlichkeit ohne verbrauchbares Trockenmittel oder coulometrische Messzellen.
Empfohlen
ZS8600 Mehrfachdurchgang-Spurengasanalysator
Technologievergleich

TDLAS oder NDIR – welche Technologie ist geeignet?

Vergleichen Sie TDLAS mit NDIR, UV-DOAS und GFC anhand wichtiger Leistungsmerkmale, um die passende Technologie für Ihre Anwendung zu finden.

Merkmal TDLAS NDIR UV-DOAS GFC
MessprinzipAbstimmbarer Laser tastet bei einer spezifischen Wellenlänge eine einzelne Gasabsorptionslinie abBreitbandige IR-Quelle mit schmalbandigen optischen Filtern zur Isolierung der Absorptionsbänder des ZielgasesUV-differentielle optische Absorption – misst die differentielle Absorptionsstruktur, um breitbandige Interferenzen auszublendenIR-Absorption mit gasgefüllter Referenzmesszelle als molekülspezifischem optischem Filter
Ansprechzeit<1–10 s15–60 s10–30 s30–60 s
QuerempfindlichkeitSehr gering – wellenlängenspezifische Absorption vermeidet die meisten spektralen ÜberlagerungenMittel – die Bandbreite des optischen Filters kann sich mit benachbarten Banden überlappenGering – das differentielle Messverfahren zieht breitbandige Absorption abSehr gering – die gasgefüllte Referenzmesszelle ermöglicht eine molekülspezifische Filterung
MessgasaufbereitungBei In-situ-Messung minimal; bei extraktiver Messung üblicherweise beheizte LeitungErforderlich – extraktive Messung mit Filtration, Kühlung und TrocknungErforderlich – extraktive Messung mit beheizten Leitungen zur Vermeidung von KondensationErforderlich – extraktive Messung mit Entfernung von Partikeln und Feuchte
WartungGering – keine Verbrauchssensoren; Lebensdauer der Laserdiode >10 JahreMittel – optische Filter und IR-Quellen verschleißen mit der ZeitGering bis mittel – keine Verbrauchssensoren; regelmäßige Verifizierung der UV-QuelleMittel – Referenzmesszelle und rotierendes Filterrad erfordern planmäßige Wartung
KalibrierungStabilität über 6+ Monate; einige Modelle mit automatischer NullpunktreferenzMonatliche Prüfung von Nullpunkt und Messspanne empfohlen; Drift durch optische AlterungVierteljährliche Verifizierung; werkseitig kalibrierte AbsorptionsquerschnitteVierteljährliche Prüfung der Messspanne; Referenzmesszelle sorgt für inhärente Nullpunktstabilität
Am besten geeignete GaseNH₃, HF, HCl, H₂O, O₂, COCO, CO₂, CH₄, SO₂, NOSO₂, NO₂, Cl₂, NH₃, BTXCO, CO₂, SO₂, NO
Am besten geeignete AnwendungenRaue, heiße, korrosive Umgebungen mit kurzen Anforderungen an die AnsprechzeitStandard-CEMS, Umgebungsluftüberwachung und Prozessanwendungen mit moderaten Anforderungen an die AnsprechzeitMehrkomponenten-CEMS für saure und korrosive GaskomponentenRegulatorisches CEMS mit hohen Anforderungen an die Richtigkeit und überlegene Unterdrückung von Querempfindlichkeiten

Wählen Sie TDLAS, wenn …

  • Eine schnelle Ansprechzeit (<1s) für Prozessregelung oder Sicherheit entscheidend ist
  • Die Umgebung durch hohe Staub- und Feuchtebelastung oder korrosive Gase geprägt ist
  • Geringe Querempfindlichkeit in komplexen Gasmatrizen erforderlich ist
  • Spurennachweis im ppb-Bereich von NH₃, HF, HCl oder H₂S erforderlich ist
  • Eine In-situ-Messung bevorzugt wird, um den Messgastransport zu vermeiden

Ziehen Sie NDIR / GFC in Betracht, wenn …

  • Ein Standard-CEMS mit bewährter regulatorischer Anwendungshistorie benötigt wird
  • Das Projekt kostenbewusst ist und moderate Anforderungen an die Richtigkeit bestehen
  • Eine Mehrkomponentenmessung mit akzeptablem breitbandigem Messbereich genügt
  • Bewährte Kalibrierverfahren und eine Ersatzteilinfrastruktur vorhanden sind
  • Die anwendungsspezifische Zertifizierung für NDIR bereits nachgewiesen ist
Produktserien

TDLAS-Gasanalysator-Produktserien von GESHINE

Drei Produktserien für TDLAS-Anwendungen mit In-situ-Messung quer durch den Kanal, extraktiver Mehrfachdurchgangsmessung und Mehrkomponentenanalyse.

ZS8100

Extraktive TDLAS-Plattform mit einfachem Durchgang

Extraktiv

Optischer WegAbsorptionsmesszelle mit einfachem Durchgang
MessbereichGasabhängig, ppm bis %vol
Richtigkeit± 1 % des Endwerts (typisch)
AnsprechzeitT90 < 2 s
SchutzartEx db IIC T6 / IP66
Am besten geeignete Gase
COCO₂CH₄O₂HFHClH₂S
Am besten geeignete Anwendungen
  • Prozessgasanalyse
  • Überwachung von Leitungsgas
  • Qualitätskontrolle und Reinheitsverifizierung
ZS8600

Extraktive TDLAS-Plattform mit Mehrfachdurchgang

Extraktiv

Optischer WegHerriott-Messzelle mit Mehrfachdurchgang (verlängerter optischer Weg)
Messbereichppb bis niedriger ppm-Bereich (gasabhängig)
Richtigkeit± 1 % vom Messwert oder ± 0,1 ppm
AnsprechzeitT90 < 5 s
SchutzartIP65 / reinraumgeeignet
Am besten geeignete Gase
H₂OC₂H₂HF
Am besten geeignete Anwendungen
  • Messung von Feuchte im Spurenbereich
  • Gasanalytik für ultrahochreine Halbleitergase (UHP)
  • Spezialgasanwendungen mit niedrigen ppb-Werten
ZS8100-NH3

TDLAS-Plattform für In-situ-Quermessung über den Abgaskanal

In situ

Optischer WegQuermessung über den Abgaskanal (direkte Messung durch den Kanal oder Abgaskanal)
Messbereich0–100 ppm (typisch für NH₃); konfigurierbar
Richtigkeit± 2 % vom Messwert oder ± 1 ppm
AnsprechzeitT90 < 1 s
SchutzartEx db IIC T6 / IP67
Am besten geeignete Gase
NH₃HClHFO₂
Am besten geeignete Anwendungen
  • Überwachung des Ammoniakschlupfs bei der DeNOx-SCR/SNCR
  • Überwachung der Einhaltung von Emissionsvorschriften am Abgaskanal
  • Rückkopplung zur Optimierung der Verbrennung
Warum GESHINE?

Warum GESHINE für die TDLAS-Gasanalytik wählen?

Interne TDLAS-Entwicklung

Die proprietäre Laserquelle, das optische Design und die Signalverarbeitung wurden im GESHINE-Forschungs- und Entwicklungszentrum in Wuhan entwickelt. Die vollständige Kontrolle über die Kerntechnologie ermöglicht schnellere Entwicklungszyklen und fundierteres Anwendungswissen.

10+ messbare Gase

Eine TDLAS-Plattform für NH₃, HF, HCl, H₂O, CO, CO₂, O₂, CH₄, H₂S und C₂H₂ – das reduziert die Komplexität durch mehrere Anbieter und vereinheitlicht Ihren Bestand an Gasanalysatoren.

Unterstützung durch Anwendungstechnik

Von der Gasauswahl bis zur Installationsplanung unterstützen die GESHINE-Ingenieure den gesamten Projektlebenszyklus – einschließlich Machbarkeitsstudien, Auslegung des optischen Wegs und Unterstützung bei der Inbetriebnahme.

Fertigung und Qualitätskontrolle

GESHINE setzt bei TDLAS-Gasanalysatorprojekten dokumentierte Verfahren für Fertigung, Kalibrierung und Qualitätskontrolle ein. Umfang und Verfügbarkeit von Sicherheits-, CE-, Ex-Bereichs- und kundenspezifischen Zertifikatspaketen richten sich nach Modell und Installationsart und werden im Rahmen der technischen Prüfung festgelegt.

Prüfung des CE-Umfangs Sicherheitsprüfung Prüfung für explosionsgefährdete Bereiche Qualitätsdokumentation Projektakte

Die Verfügbarkeit von Zertifizierungen hängt vom Modell des Gasanalysators, der Installationsart und den Projektanforderungen ab.

FAQ

FAQ zu TDLAS-Gasanalysatoren

Antworten auf häufige Fragen zur TDLAS-Technologie, ihren Anwendungen und den Gasanalysatoren von GESHINE.

Was ist ein TDLAS-Gasanalysator?

Ein TDLAS-Gasanalysator (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) nutzt eine Halbleiter-Laserdiode, die präzise auf eine bestimmte Absorptionswellenlänge des Zielgasmoleküls abgestimmt ist. Durch das Abtasten dieser schmalen Absorptionslinie bestimmt der Gasanalysator anhand der gemessenen Absorptionstiefe die Gaskonzentration nach dem Beer-Lambert-Gesetz.

Im Gegensatz zu breitbandigen Verfahren wie NDIR ist die Laserlinienbreite in einem TDLAS-System viel schmaler als die Absorptionslinie des Gases – typischerweise weniger als 0.001 nm. Dank dieses engen Abstimmungsbereichs ist die Messung von Natur aus selektiv für das Zielmolekül, und Querempfindlichkeiten gegenüber anderen Gaskomponenten werden minimiert. TDLAS-Gasanalysatoren sind sowohl in extraktiver als auch in In-situ-Ausführung erhältlich und eignen sich für Anwendungen von der Feuchtemessung im Spurenbereich bis zur Überwachung von Ammoniakschlupf über den gesamten Abgasquerschnitt.

Welche Gase kann ein TDLAS-Gasanalysator messen?

TDLAS-Gasanalysatoren können alle Gasmoleküle messen, die im nahen oder mittleren Infrarotbereich klar abgegrenzte, gut aufgelöste Absorptionslinien aufweisen. Zu den gängigen messbaren Gasen zählen NH₃, HF, HCl, CO, CO₂, CH₄, O₂, H₂O, H₂S und C₂H₂. Für jedes Gas wird eine Laserdiode ausgewählt, die auf einen bestimmten Absorptionsübergang abgestimmt ist.

Die TDLAS-Plattform von GESHINE deckt mit drei Produktlinien mehr als 10 Zielgase ab. Jedes Lasermodul ist für eine einzelne Gaskomponente optimiert. Das ermöglicht die hohe Selektivität von TDLAS. Für Anwendungen, bei denen mehrere Gase gleichzeitig gemessen werden müssen, lassen sich Systeme mit mehreren Lasermesskanälen konfigurieren oder mit ergänzenden Technologien wie NDIR oder UV-DOAS kombinieren.

Wie unterscheidet sich TDLAS von NDIR bei der Gasanalytik?

Der wichtigste Unterschied liegt in der Selektivität: TDLAS tastet mit einem Laser geringer Linienbreite eine einzelne Absorptionslinie ab, während NDIR breitbandiges Infrarotlicht verwendet, das durch optische Bandpassfilter geleitet wird, welche ein breiteres Spektralfenster abdecken. Dadurch weist TDLAS eine deutlich bessere Unterdrückung von Querinterferenzen und eine kürzere Ansprechzeit auf (typischerweise <1 s in situ gegenüber 15–60 s bei NDIR).

NDIR bleibt jedoch für viele Anwendungen eine bewährte und kostengünstige Lösung – insbesondere für Mehrkomponentenmessungen gängiger Gase wie CO, CO₂ und CH₄, bei denen sich spektrale Überlappungen beherrschen lassen. TDLAS wird meist bevorzugt, wenn reaktive oder korrosive Gase (NH₃, HF, HCl) gemessen werden, eine kurze Ansprechzeit für die Prozessregelung entscheidend ist oder die Gasmatrix störende Komponenten enthält, die Breitbandmessungen beeinflussen würden.

Muss ein TDLAS-Gasanalysator häufig kalibriert werden?

TDLAS-Gasanalysatoren sind für ihre langfristige Kalibrierstabilität bekannt. Viele Anlagen erfüllen die Spezifikationen zwischen Kalibrierprüfungen über 6 Monate oder länger. Diese Stabilität beruht auf dem grundlegenden Messprinzip: Die Laserwellenlänge ist auf eine bestimmte molekulare Absorptionslinie fixiert, die sich im Laufe der Zeit nicht verschiebt.

Die Kalibrierintervalle hängen von der jeweiligen Anwendung, den gesetzlichen Anforderungen und den Bedingungen am Standort ab. Einige TDLAS-Modelle von GESHINE verfügen über eine integrierte Referenzmesszelle, die den Nullpunkt automatisch und ohne manuellen Eingriff überprüft. Bei CEMS-Anwendungen mit gesetzlichen Anforderungen legen standortspezifische QAL2/QAL3- oder RATA-Protokolle in der Regel verbindliche Kalibrierintervalle fest – unabhängig von der eingesetzten Gasanalysatortechnologie.

Wie hoch ist die Nachweisgrenze eines TDLAS-Gasanalysators?

Die Nachweisgrenzen hängen von der Gaskomponente, der Länge des optischen Wegs und der Systemkonfiguration ab. Für geeignete Anwendungen erreichen extraktive TDLAS-Systeme mit einfachem Durchgang typischerweise Nachweisgrenzen im niedrigen ppm-Bereich. Mehrfachdurchgangskonfigurationen mit verlängertem optischem Weg können bei Gasen wie H₂O und C₂H₂ eine Empfindlichkeit unter 1 ppm oder sogar im ppb-Bereich erzielen.

Die Mehrfachdurchgangsplattform GESHINE ZS8600 ist beispielsweise für die Feuchtemessung im Spurenbereich bis hinunter zu 0,1 ppm in Anwendungen mit hochreinen Gasen ausgelegt. Die In-situ-Plattform ZS8100-NH3 erreicht für NH₃ typischerweise Nachweisgrenzen von 0,5–2 ppm, abhängig vom Abgasdurchmesser und der optischen Ausrichtung. In der Praxis wird die Nachweisgrenze unter anderem durch Verschmutzungen an den optischen Fenstern, Vibrationen, Temperaturschwankungen und störende Gaskomponenten beeinflusst.

Worin besteht der Unterschied zwischen In-situ- und extraktiver TDLAS-Messung?

In-situ-TDLAS-Gasanalysatoren werden direkt am Prozesskanal oder Abgas montiert. Der Laserstrahl durchläuft dabei den gesamten Durchmesser des Gaswegs – es wird kein Messgas entnommen. Bei extraktiven TDLAS-Systemen wird Messgas über eine beheizte Leitung zu einer externen Messzelle geführt, in der die Laseranalyse unter kontrollierten Bedingungen erfolgt.

Bei der In-situ-Installation entfällt die Messgasaufbereitung vollständig. Das sorgt für eine kürzere Ansprechzeit und weniger Wartungsaufwand; außerdem besteht keine Gefahr, dass sich das Messgas während des Transports verändert. Daher ist In-situ-TDLAS die bevorzugte Lösung für reaktive Gase wie NH₃ und HCl, die in Probenahmeleitungen durch Adsorption verloren gehen können. Extraktive Systeme eignen sich, wenn die Prozessumgebung einen direkten optischen Zugang erschwert (starke Staubbelastung, sehr hohe Temperaturen oder kleine Kanaldurchmesser) oder wenn für die Validierung eines behördlich vorgeschriebenen Referenzmessverfahrens aufbereitetes Messgas benötigt wird.

Kann TDLAS mehrere Gase gleichzeitig messen?

Ein einzelnes TDLAS-Lasermodul misst jeweils eine Gaskomponente, da jede Laserdiode auf eine bestimmte Absorptionswellenlänge abgestimmt ist. Mehrkanal-TDLAS-Systeme können jedoch zwei oder mehr Lasermodule in derselben Messzelle integrieren. Jedes Modul arbeitet mit einer anderen Wellenlänge, sodass mehrere Gase gleichzeitig in einem einzigen Messgasstrom gemessen werden können.

Wenn eine große Anzahl von Gaskomponenten gemessen werden muss (z. B. bei einer umfassenden CEMS-Ausstattung mit SO₂, NOₓ, CO, CO₂, O₂ und NH₃), werden häufig TDLAS und ergänzende Technologien kombiniert. So kann TDLAS etwa für NH₃ und HCl eingesetzt werden, wo die hohe Selektivität besonders vorteilhaft ist, und NDIR oder UV-DOAS für die übrigen Komponenten. Dieser hybride Ansatz optimiert sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Gesamtkosten des Systems.

Welche Angaben benötige ich für ein Angebot für einen TDLAS-Gasanalysator?

Für die optimale Auslegung einer TDLAS-Lösung benötigen unsere Anwendungstechniker in der Regel folgende Angaben: Zielgas und erwarteter Konzentrationsmessbereich, Zusammensetzung des Prozessgases (Hintergrundmatrix), Prozesstemperatur und -druck an der Punktmessung, Kanal- oder Rohrdurchmesser, erforderliche Zertifizierungen (ATEX, SIL usw.) sowie die gewünschte Installationsart (in situ oder extraktiv).

Zusätzliche Angaben helfen dabei, die Empfehlung zu präzisieren: Zweck der Messung (Prozessregelung, Sicherheit oder Einhaltung gesetzlicher Vorschriften), erforderliche Ansprechzeit, Umgebungsbedingungen, bevorzugte Kommunikationsprotokolle (4–20 mA, Modbus, HART) sowie standortspezifische Einschränkungen wie begrenzte Zugangsmöglichkeiten oder die Einstufung als explosionsgefährdeter Bereich.

Worin unterscheidet sich TDLAS von einem allgemeinen „Diodenlaser“- oder „abstimmbaren Laser“-Gasanalysator?

Es handelt sich um dieselbe Messmethode unter verschiedenen Bezeichnungen: TDLAS, TDL und „Gasanalysator mit abstimmbarem Diodenlaser“ beziehen sich alle auf die Absorptionsspektroskopie mit abstimmbarem Diodenlaser. TDLAS ist die vollständige Bezeichnung; TDL ist lediglich die Abkürzung für „tunable diode laser“ (abstimmbarer Diodenlaser). Anbieter, die von einem „Diodenlaser-Gasanalysator“ oder einem „Gasanalysator mit abstimmbarem Laser“ sprechen, beschreiben fast immer dieselbe Technik: Ein Halbleiterlaser wird über eine einzelne molekulare Absorptionslinie abgestimmt und die Konzentration anhand der Absorptionstiefe nach dem Beer-Lambert-Gesetz bestimmt. Entscheidend sind nicht die Bezeichnungen, sondern die Ausführung: Laser im nahen oder mittleren Infrarot, Messzelle mit einfachem oder mehrfachem Durchgang, In-situ- oder extraktive Messung und die gewählte Absorptionslinie für das Zielgas in Ihrer Gasmatrix. Achten Sie lediglich darauf, dass „abstimmbarer Laser“ nicht ungenau für andere Verfahren verwendet wird (etwa für Systeme auf CRDS- oder QCL-Basis). Vergewissern Sie sich, dass es sich um direkte Absorptionsspektroskopie mit einer abstimmbaren Diodenlaserlinie handelt. Vergleichen Sie bei Angeboten die Auswahl der Absorptionslinie, die Weglänge und den Umgang mit der Gasmatrix – nicht die Marketingbezeichnung.

Wie unterdrückt TDLAS Hintergrundinterferenzen, die NDIR- oder EC-Messungen verfälschen können – und wann können mitabsorbierende Gase dennoch zu Fehlmessungen führen?

TDLAS unterdrückt die meisten Hintergrundinterferenzen, indem eine einzelne, schmale Absorptionslinie statt eines breiten Spektralbands abgetastet wird. Das Verfahren ist jedoch nicht immun gegen Störungen: Mitabsorbierende Gase können die Messung in einer ungeeigneten Gasmatrix weiterhin verfälschen. Da die Laserlinienbreite viel schmaler ist als die Absorptionslinie, tastet TDLAS eine einzelne isolierte Linie des Zielmoleküls ab. Dadurch werden breitbandige Querempfindlichkeiten und die kontinuierliche Absorption, die bei NDIR zu einer Messwertdrift führen können, ebenso weitgehend vermieden wie Querempfindlichkeiten gegenüber anderen Gasen und die Drift von Verbrauchsmaterialien, die eine elektrochemische Messzelle (EC) beeinflussen. TDLAS kann jedoch weiterhin durch Druck und stoßbedingte Linienverbreiterung beeinträchtigt werden: Ändert sich die Hintergrundzusammensetzung – etwa durch Verschiebungen in der Gasmatrix bei Methan (C1), Ethan (C2) oder CO₂ –, verbreitern sich die Flanken benachbarter Absorptionslinien oder überlappen die Ziellinie. Dadurch wird das Messergebnis verfälscht, obwohl sich die Zielgaskonzentration nicht verändert hat. Abhilfe schaffen eine anwendungsspezifische Kalibrierung und ein Verbreiterungsmodell, das auf den erwarteten Zusammensetzungsbereich abgestimmt ist – nicht die Annahme einer perfekten Selektivität. Teilen Sie dem Anwendungstechniker den tatsächlichen Hintergrundbereich mit, damit Absorptionslinie und Korrektur darauf abgestimmt werden können.

Angebot für TDLAS-Gasanalysatoren anfordern

Halten Sie für die optimale Auslegung eines TDLAS-Gasanalysators für Ihren Prozess bitte folgende Angaben bereit:

  • Zielgas und Konzentrationsmessbereich
  • Prozesstemperatur und -druck
  • Korrosive Bedingungen oder hohe Staubbelastung
  • Gewünschte Ausführung: in situ oder extraktiv
  • Einstufung als explosionsgefährdeter Bereich und örtliche Zulassungsvorschriften
  • Erforderliche Zertifizierungen (CE, SIL usw.)
  • Ausgabeprotokolle (4-20mA, Modbus, HART)
  • Installationsbeschränkungen und Kanalabmessungen

Fachberatung zu TDLAS erhalten

Unsere Anwendungstechniker sind auf die Auslegung von TDLAS-Gasanalysatoren für anspruchsvolle Industrieumgebungen spezialisiert.