-
Die
Erfindung betrifft eine Filtereinheit für einen Gassensor nach dem
Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie einen Gassensor, der eine solche
Filtereinheit umfasst.
-
Eine
gattungsgemäße Filtereinheit
weist ein Adsorbtionsmaterial zum selektiven Herausfiltern von zu
detektierenden Molekülen
aus einem zu untersuchenden Gas und mindestens einem Heizelement
auf. Das Heizelement dient dabei zur Thermodesorption der zuvor
herausgefilterten Moleküle
aus dem Adsorptionsmaterial. Mit Hilfe einer solchen Filtereinheit
lassen sich Gassensoren realisieren, bei denen das zu untersuchende
Gas zunächst
durch die Filtereinheit geführt
wird, um Moleküle
eines bestimmten nachzuweisenden Stoffes an das möglichst selektive
Adsorptionsmaterial anzulagern, worauf diese Moleküle durch
Thermodesorption wieder aus dem Adsorptionsmaterial herausgelöst werden,
um – dann
in verhältnismäßig hoher
Konzentration vorliegend – nachgewiesen
zu werden. Die Filtereinheit dient also zum Anreichern des nachzuweisenden Stoffes,
damit dieser nach einer anschließenden Desorption in höherer Konzentration
vorliegt und dadurch mittels an sich bekannter Nachweismethoden nachweisbar
wird. Bei dem nachzuweisenden Stoff handelt es sich typischerweise
um einen hochflüchtigen
Stoff oder einen hochflüchtigen
Bestandteil eines anderen Stoffs, beispielsweise einen Sprengstoff, eine
Droge oder eine Komponente davon.
-
Filtereinheiten
und Gassensoren beschriebener Art sind z. B. aus den Druckschriften
DE 2 322 891 A1 und
DE 10 2007 048 185
A1 bekannt. Die Druckschrift
FR 2 866 429 A beschreibt, wie als Adsorptionsmaterialien
für derartige
Gassensoren geeignete molekular geprägte Polymere hergestellt werden
können.
-
Aus
dem Stand der Technik bekannten Filtereinheiten geschilderter Art
haben einen verhältnismäßig aufwendigen
Aufbau, was den Nachteil mit sich bringt, dass sich ein auf der
Verwendung einer derartigen Filtereinheit beruhender Gassensor nur mit
großem
Aufwand für
eine selektive Detektion verschiedener Stoffe umkonfigurieren lässt.
-
Der
Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzuschlagen, die
es möglich
machen, einen Gassensor skizzierter Art mit geringem Aufwand zum
Nachweisen eines bestimmten Stoffes aus einer Vielzahl verschiedener
nachweisbarer Stoffe einzurichten.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Filtereinheit mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs
sowie durch einen Gassensor mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und
durch ein Sensorsystem gemäß Anspruch
8. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung
ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.
-
Dadurch,
dass das Adsorptionsmaterial und das Heizelement in einem durch
zwei Kontaktflächen begrenzten
gemeinsamen Gehäuse
untergebracht sind, wobei die Kontaktflächen elektrisch mit dem Heizelement
verbunden sind und jeweils mindestens eine Öffnung für das zu untersuchende Gas
aufweisen, ergibt sich ein sehr kompakter und modulartiger Aufbau
der Filtereinheit, die ein einfaches Auswechseln der Filtereinheit
möglich
macht. Typischerweise wird das Adsorptionsmaterial so gewählt sein,
dass es hochselektiv eine Adsorption von Molekülen eines ganz bestimmten nachzuweisenden
Stoffes begünstigt,
beispielsweise molekular geprägtes
Polymer (MIP oder Molecular Imprinted Polymer). Durch eine Verwendung
verschiedener gegeneinander auswechselbarer Filtereinheiten vorgeschlagener
Art kann ein Gassensor daher mit ausgesprochen geringem Aufwand
an verschiedene Aufgaben angepasst werden. Dabei müssen keinerlei
besondere Laborbedingungen eingehalten werden, wenn das Adsorptionsmaterial
durch Wechseln der Filtereinheit ausgetauscht wird. Außerdem ermöglicht die
vorgeschlagene Anordnung des mindestens einen Heizelements ein sehr
effektives und rasches Aufheizen des Adsorptionsmaterials zum Zweck
eines Herauslösens
des im oder am Adsorptionsmaterial selektiv angereicherten Stoffes.
-
Ein
in dieser Hinsicht besonders vorteilhafter Gassensor enthält dementsprechend
eine Filtereinheit beschriebener Art als auswechselbares Modul. Zusätzlich kann
der Gassensor mindestens eine außerhalb der Filtereinheit angeordnete
Pumpe zum Erzeugen einer Gasströmung
durch die Filtereinheit und eine in Strömungsrichtung hinter der Filtereinheit angeordnete
Analyseeinheit zum Analysieren der nach einem Herausfiltern durch
die Filtereinheit aus dem Adsorptionsmaterial desorbierten Moleküle aufweisen.
Die Analyseeinheit kann z. B. als Fluoreszenzdetektor ausgebildet
sein.
-
Ein
vorteilhaft vielseitiges Sensorsystem erhält man also, wenn zusätzlich zu
einem derartigen Gassensor mindestens eine weitere entsprechend ausgeführte Filtereinheit
vorhanden ist, die sich nur durch ein anderes Adsorptionsmaterial
von der im Gassensor enthaltenen Filtereinheit unterscheidet, so
dass die Filtereinheiten einfach ausgetauscht werden können, wenn
ein anderer Stoff nachgewiesen werden soll.
-
Die
Thermodesorption des nachzuweisenden Stoffes funktioniert besonders
gut, wenn das mindestens eine Heizelement mit dem Adsorptionsmaterial
in Kontakt steht und von dem Adsorptionsmaterial umschlossen ist.
Das Gehäuse
der Filtereinheit kann zylindrisch geformt sein, wobei die genannten
Kontaktflächen
dann Stirnflächen
des Gehäuses bilden.
Damit erhält
die Filtereinheit die Form einer Kartusche, so dass der Gassensor
in konstruktiv einfacher Weise für
eine unkomplizierte Auswechselbarkeit der Filtereinheit ausgelegt
werden kann.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 und 2 erläutert.
-
Es
zeigen, jeweils schematisch,
-
1 einen
Längsschnitt
durch einen Teil eines Gassensors mit einer auswechselbaren Filtereinheit
und
-
2 einen
Längsschnitt
durch die hier detaillierter dargestellte Filtereinheit.
-
In 1 ist
ein Teil eines Gassensors gezeigt, der eine Pumpe 1 zum
Ansaugen von Außenluft
und zum Erzeugen einer durch Pfeile veranschaulichten Gasströmung aufweist.
Dieser Gassensor soll dazu dienen, das Vorhandensein eines bestimmten
flüchtigen
Stoffes – beispielsweise
eine flüchtige
Komponente eines Sprengstoffes oder eine Droge – in der Außenluft nachzuweisen. Dazu
weist der Gassensor eine Filtereinheit 2 auf, die zylindrisch geformt
und als auswechselbare Kartusche ausgeführt ist. Die Gasströmung durchdringt
die Filtereinheit in axialer Richtung.
-
In 2 ist
die Filtereinheit 2 detaillierter dargestellt. An zwei
Stirnseiten weist sie jeweils eine metallische Kontaktfläche 3 auf,
wobei in jeder dieser Kontaktflächen 3 Öffnungen 4 vorgesehen
sind, um ein Durchströmen
der angesaugten Außenluft
zu ermöglichen.
Innerhalb eines durch die Kontaktflächen 3 und eine Mantelfläche 5 gebildeten
Gehäuses
der Filtereinheit 2 sind Heizelemente 6 angeordnet,
die an zwei gegenüberliegenden
Enden elektrisch mit den beiden Kontaktflächen 3 verbunden sind.
-
Außerdem ist
das Gehäuse
mit einem als Adsorptionsmaterial dienenden molekular geprägten Polymer 7 gefüllt, dass
die Heizelemente 6 vollständig umgibt und das so gewählt ist,
dass es Moleküle des
nachzuweisenden Stoffes bevorzugt adsorbiert. Indem die Gasströmung hinreichend
lange aufrechterhalten wird, kann so eine Anreicherung des nachzuweisenden
Stoffes im Filterelement 2 erreicht werden.
-
Die
durch das Polymer in der Filtereeinheit adsorbierten Moleküle können dann
mittels Thermodesorption aus dem Filter herausgelöst werden, wozu
das Adsorptionsmaterial mittels der Heizelemente 6 – durch
Schließen
eines in 1 schematisch dargestellten
Stromkreises über
die Kontaktflächen 3 – erwärmt wird,
während
wieder eine Gasströmung
durch das Filterelement 2 erzeugt oder aufrechterhalten
wird. Diese Gasströmung
wird dann durch eine beispielsweise als Fluoreszenzdetektor ausgeführte nicht
eigens dargestellte Analyseeinheit geführt, die rechts des in 1 gezeigten
Teils des Gassensors, also in Strömungsrichtung hinter der Filtereinheit 2,
angeordnet ist. Dort können
die Moleküle,
die durch die geschilderte Maßnahme
jetzt in ausgesprochen hoher Konzentration vorliegen, in an sich bekannter
Weise nachgewiesen werden.
-
Der
beschriebene Gassensor kann durch seinen modularen Aufbau in einfacher
Weise zum Nachweis eines anderen Stoffes eingerichtet werden, indem
die Filtereinheit 2 durch eine genauso gestaltete andere
Filtereinheit 2' ausgetauscht
wird, die sich durch ein ebenfalls durch ein MIP gegebenes anderes
Adsorptionsmaterial von der ersten Filtereinheit 2 unterscheidet.
Dabei können
die Filtereinheiten 2 und 2', wie in 1 angedeutet,
in einfacher Weise in den Gassensor eingesetzt oder aus diesem herausgenommen
werden. Insbesondere der durch die Filtereinheit 2 bzw. 2' gegebene Hauptbestandteil des
Gassensors, der sowohl das Adsorptionsmaterial als auch die Heizelemente 6 in
einem einzigen Gehäuse
enthält,
ist gegenüber
vergleichbaren bekannten Gassensoren miniaturisiert. Die kartuschenartigen
Filtereinheiten 2 und 2'sind ausgesprochen einfach aufgebaut
und können
daher als Einwegkomponenten verwendet werden.
