DE3624075A1 - Anordnung und verfahren zur erfassung von schadstoffen in gasen, fluessigkeiten und festen stoffen - Google Patents

Description

Die hier angeführte Erfindung stellt eine analytische Sensorvorrichtung dar. Diese Vorrichtung ist eine vollintegrierte Einheit und erfüllt daher sämltiche Funktionen in einer Einheit. Einige Funktionsteile solcher Vorrichtungen werden in größere Analysegeräte eingebaut, aber durch die "große, aufwendige, nicht integrierte Bauweise" gehören sie nicht zum Meßsystem oder zum Sensorsystem, sondern zur Vorbereitung des Meßmediums.

Das bedeutet, daß bei den meisten Meßaufgaben ähnliche Schritte nötig sind. Die zu messende Substanz muß vorbereitet, in das Meßsystem eingleitet und dann analysiert werden.

Andererseits gibt es einige Aufgaben, die auch notwendig wären, aber aus Platz- und Kostengründen nicht in einfachere Geräte eingebaut werden. Solche Aufgaben sind z. B. eine Überlastungsmeldung zur Schonung des Sensors oder eine Probeaufnahme-Einheit zur Verflüchtigung flüssiger oder fester Proben.

Es gibt natürlich noch andere Aufgaben, die ein Meßgerät erfüllen sollte, die aber noch nicht gelöst sind. Solche Aufgaben sind die Fernkalibrierung, ein aktiver Funktionstest des Sensors, ein kombinierter Sensor, der die von ihm nicht meßbaren Komponenten in meßbare Substanzen umwandelt, oder ein steuerbares Einlaßventil, das einerseits eine Überlastung des Sensors verhindert und andererseits mit der Kopplung der Analyseeinheit die Menge des nachzuweisenden Materials regelt.

Es sind verschiedene Sensoren bekannt, die zum Nachweis verschiedener Verbindungen geeignet sind. Es sind Sensoren für wäßrige und flüssige Medien und für Gas beschrieben.

Es ist jedoch kein Sensor bekannt, in dem eine physikalische Umwandlung vollzogen wird.

Es sind Mehrfach-Analyse-Systeme bekannt, die zur gleichzeitigen Erfassung mehrerer Komponenten dienen. So ein System ist z. B. im DE 26 52 370 beschrieben. In diesem System sind auf einem Metallrahmen mehrere Sensoren montiert, die gleichzeitig mit den strömenden Gas oder der Flüssigkeit in Berührung kommen und so eine Mehrfachmessung ermöglichen. Dieses System kann aber nicht als ein Sensor bezeichnet werden, weil es nichts anderes ist als eine praktische Befestigung käuflicher Einzel-Sensoren.

Eine weiterentwickelte Version dieses Systems ist im DE 27 26 772 beschrieben. Hier wurde statt eines Metallrahmens ein zylindrischer Isolierkörper verwendet. Ansonsten trifft das oben angemerkte zu.

Weiterhin ist ein Meßsystem bekannt, bei dem mehrere Einzelsensoren nacheinander angeordnet sind (siehe DE 32 28 012). Dieses System ist schon eine komplexere Einheit: es besteht aus einem Kapillarröhrchen, durch das mit Hilfe eines Transportmittels die nachzuweisenden Teilchen mit den Einzelsensoren in Kontakt kommen können. In diesem Kapillarsystem befindet sich eine Wasserkondensationseinheit und ein Wärmetauscher, die Wasserverlust verhindern und für eine konstante Temperatur des Meßelektrolyts sorgen. Es ist auch eine Überwachungseinheit erwähnt, die das Vorhandensein des Meßmediums überwacht. Zu diesem Gesamtsystem gehört auch die elektronische Steuereinheit, die die verschiedenen Funktionen koordiniert.

Bei allen diesen Meßsystemen ist zu erkennen, daß diese Systeme von Meßgeräteherstellern erfunden wurden, die schon vorhandene käufliche Sensoren in eine praktische Einheit zusammengfaßt haben. Eine wirklich integrierte, den Sensor modifizierende Lösung, wird nicht vorgeschlagen.

Es ist auch anzumerken, daß diese Vorrichtung für die Flüssigkeitsanalyse mittels ionenselektiven Elektroden erfunden wurden und daß sie nur mit Einschränkungen zur Gasanalyse anwendbar sind. Zur Analyse fester Stoffe oder einiger Komponenten fester Stoffe sind diese Systeme völlig ungeeignet.

Es ist eine qualitative Verbesserung, wenn ein Sensor mit den obenerwähnten Einheiten zusammen gebaut wird. Dadurch wird es möglich, die einzelnen Komponenten kleiner zu bauen und dadurch kleinere und eventuell tragbare Meßsysteme mit solchen Einheiten auszustatten. Andererseits werden durch die Verwendung von Fernkalibrierungs- und Ferntestersystemen, kleinen Umwandlungsreaktoren und gesteuerten Einlaßventilen bisher nicht meßbare Komponenten erfaßbar. Außerdem werden die Messungen genauer und stabiler.

Die verschiedenen Funktionen können nur dann in einem Sensor eingebaut werden, wenn die einzelnen Elemente sehr einfach und platzsparend aufgebaut sind und/oder teilweise oder vollständig integriert sind. Der Einsatz neuer Herstellungsverfahren wie Dünn- und Dickfilmtechnik, monolytische Integration und Halbleitertechnik hilft bei der Realisierung der kompakten Bauweise.

Die einzelnen Elemente des Sensors werden so beschrieben:
Der Überlastungsmelder ist ein Fühlerelement, das überhöhte Konzentrationen nachzuweisender Komponenten meldet. Hierzu können verschiedene Arten von Fühlern eingesetzt werden, wie z. B. elektrochemische, Halbleiter-, Halbleiteroxid- oder Wärmetönungs-Fühler. Bei solchen Fühlerelementen handelt es sich um Fühler mit größeren Meßbereichen oder mit normalen Meßbereichen, aber schneller Funktionsweise und/oder mit einem differenzielen Auswertungsverfahren, wobei aus der Signalanstiegs-Geschwindigkeit die Konzentration extrapoliert wird, so daß vor dem Erreichen einer größeren Konzentration die notwendigen Schritte eingeleitet werden können. Diese eingeleiteten Maßnahmen schützen den Sensor. Solche Schritte sind z. B. die Sperrung der Einlaßeinheit, die Öffnung einer Spülung mit reiner Luft oder Flüssigkeit, die Deaktivierung der Analyseeinheit (wie z. B. die Ausschaltung der Heizung bei heizbaren Elementen) und/oder die Veränderung der Betriebsparameter, damit größere Konzentrationen nicht schädlich wirken. Für solche Warnfunktionen sind besonders Fühler mit physikalischem Meßprinzip geeignet. Bei Fühlern mit anderen Funktionsprinzipien, die z. B. die Veränderung der elektrischen Eigenschaften (kapazitive Fühler), die Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitfähigkeitsfühler) oder optische Eigen­ schaften messen, können durch größere Konzentrationen keine Schäden entstehen, weil bei diesen Fühlern durch das Meßmedium keine chemischen Veränderungen auftreten.

Die Filtereinheit kann verschiedene Komponenten aus dem Meßmedium ausfiltern. Es sind chemische Verbindungen, die selektiv nicht nachzuweisen sind, weil bei allen Sensoren eine Querempfindlichkeit auf diese Verbindungen besteht. Die Ausfilterung einer Komponente ermöglicht die Messung einer anderen Komponente trotz Anwesenheit der ersten Komponente im Meßmedium. Es kann natürlich auch die nachzuweisende Komponente ausgefiltert werden, wenn für diese Komponente besser geeignete Filter vorhanden sind. In diesem Fall ist der Signalunterschied zwischen dem aus- und eingeschalteten Zustand proportional zur Konzentration der nachzuweisenden Komponente.

Eine derartige Filterung kann natürlich außerhalb des Sensors in der Gas- oder Flüssigkeitsvorbereitung vorgenommen werden. Die Nachteile dieser Lösung sind:

• 1. Außerhalb des Sensors ist im Bypass die Menge des Mediums größer und daher ist auch die Menge des zu filternden Materials größer. Das fordert größere Filter und häufigeren Austausch des Filters.
• 2. Bei solchen Anordnungen muß man das Medium durch die Filter strömen lassen, so daß aufwendige Leitungen und Pumpen notwendig sind.

Der Aufbau solcher Filter kann sehr unterschiedlich sein. Die Adsorptionsfilter sind sehr einfach aufgebaut, z. B. Aktivkohle oder andere Adsorber, die häufig noch auf einem Trägermaterial mit großer Oberfläche aufgebracht sind. Das Adsorptionsmaterial kann auch eine Flüssigkeit oder ein Gel mit oder ohne Trägermaterial sein. Es besteht die Möglichkeit, regenerierbare Filter einzusetzen. Hier sind besonders im Sensor installierte regenerierbare Filter interessant. Diese Regenerierung kann periodisch oder kontinuierlich erfolgen. Die periodische Regenerierung kann z. B. durch eine Aufheizung oder durch eine Spülung mit reinem Medium vorgenommen werden. Die kontinuierliche Regenerierung kann so erfolgen, daß ein Teil des Filtermaterials ständig in oder außerhalb des Sensors regeneriert wird. Bei Flüssigkeitsadsorbern ist der Austausch relativ einfach zu realisieren, bei Festkörpern ist eine kleine Transportvorrichtung, etwa ein unendliches Transportband, zu verwenden.

Es besteht die Möglichkeit, für die Filterung aktive Elemente einzusetzen. Diese Elemente können kleine selektive chemische Pumpen sein wie dies z. B. für Sauerstoff auf Zirkoniumoxidbasis bekannt ist. Es können auch kleine selektive Verbrauchselemente (modifizierte Sensoren) einesetzt werden. Bei diesen Elementen werden eine oder mehrere Komponenten verbraucht (elektrochemisch, katalytisch, thermisch usw.). Diese Elemente funktionieren besonders gut, wenn nur kleinere Mengen von Verbindungen zu entfernen sind. Deswegen sind eine gedrosselte Einlaßöfnung und/oder ein periodischer Substanzeinlaß des Sensors vorteilhaft.

Es ist weiterhin möglich, Verbindungen auf chemischer Basis zu entfernen. Hier können durch chemische Reaktionen Komponenten gebunden werden, wie z. B. Schwefeldioxid auf verschiedener Basis (wie Kaliumhydroxid, Natriumkarbonat) oder die Ausfilterung von Kohlendioxid mittels Kalziumhydroxid. Natürlich können nicht nur Reaktionen, die bei Zimmertemperatur ablaufen, eingesetzt werden, denn bei solchen Filtern kann eine Heizung eingesetzt werden. Andererseits ist es auch möglich, katalytische Reaktionen und/oder Aufspaltreaktionen einzusetzen. So ist z. B. für die Entfernung von Kohlenmonoxid eine Aufoxidation auf aufgeheiztem Platin und/oder Palladiumkatalysator verwendbar.

Die Anreicherungseinheit dient zur Anreicherung in sehr kleinen Konzentrationen vorliegener Komponenten. Hier kann ein periodisch arbeitender reversibler Adsorber und/oder ein Absorbent eingesetzt werden. Beim Einsatz von Aktivkohle kann die Sammlung bei Zimmertemperatur oder durch Kühlung und/oder Druckerhöhung erfolgen. Die Materialrückgabe und dadurch bedingt die Erhöhung der Konzentration kann durch Temperaturerhöhung oder Entspannung geschehen. Die Kombination dieser Einheit mit der steuerbaren Einlaßeinheit ist sehr vorteilhaft. So kann man z. B. einen periodischen Konzentrations-Erhöhungsbetrieb verwirklichen und Komponenten in einem quasi-kontinuierlichen Betrieb nachweisen.

Die Reaktor- oder Reaktoreneinheit dient zu einer gezielten Umwandlung von bestimmten Komponenten, die überhaupt und/oder selektiv nicht nachweisbar sind, aber durch die Umwandlung eine oder mehrere gut und/oder selektiv nachweisbare Komponente(n) entstehen lassen. Die Funktion dieser Reaktoren kann periodisch oder kontinuierlich sein. Der periodische Betrieb hat jedoch Vorteile. Bei dieser Betriebsart wird zunächst die Messung ohne Umwandlung durchgeführt. Hierbei wird der Nullwert ermittelt. Dann wird die Umwandlung aktiviert und neue Messung durchgeführt. Der Unterschied zwischen den beiden Messungen ist das Maß für die Konzentration der zu messenden Komponente. Die zwei Messungen können kurz nacheinander durchgeführt werden. Dadurch spielt eine eventuelle Nullpunktdrift bei den Analyse-Sensoren keine Rolle mehr. So können bisher nicht anwendbare Sensoren und Meßsysteme eingesetzt werden und die Zahl der nachweisbaren Komponenten erhöht werden.

Die periodische Umwandlung kann auf mehreren Wegen verwirklicht werden. Der Reaktor kann aktiviert und desaktiviert werden z. B. durch eine Temperaturerhöhung oder Temperatursenkung. Dies kann aber auch durch die Materialzufuhr einmal zum Reaktor hin und dann am Reaktor vorbei erreicht werden. Der Reaktor kann durch zusätzliche Materialzufuhr aktiviert werden. Durch die periodische Zuführung der reagierenden Komponente kann eine periodische Umwandlung erreicht werden.

Im Reaktor kann die Umwandlung durch physikalische Effekte verwirklicht werden. Die Energiezuführung kann in Form einer Temperaturerhöhung, Zuführung von elektrischer und/oder elektromagnetischer Energie wie Licht, Mikrowellen, Strahlungen aller Art, mechanische Energie wie z. B. Ultraschall, Funken und/oder ein Lichtbogen vorgenommen werden. Durch diese Energie kann eine Aufspaltung und/oder eine Umstrukturierung und/oder eine Polymerisation und/oder eine Synthese stattfinden. Im Reaktor können sich chemische Reaktionen verschiedenster Art abspielen. Reaktionen mit festen, flüssigen, gelartigen oder gasförmigen Stoffen können ohne zusätzliche Energie und/oder mit der Zuführung äußerer Energie (z. B. in der obenerwähnten Art) ablaufen. Die katalytischen Reaktionen haben den Vorteil, daß der Katalysator nicht verbraucht wird, und ein Reaktor daher langlebiger sein kann.

Die Probeaufnahme-Einheit dient zur Aufnahme von flüssigen, festen, gas-, gel-, sol-, aerosol- und emulsionsartigen Materialien. Diese Einheit kann verwendet werden, wenn die einfache Eindiffusion oder Einströmung der nachzweisenden Komponente in den Sensor nicht möglich ist. Das kann der Fall sein, wenn die Untersuchung nicht an Ort und Stelle, sondern im Laboratorium an vorher gesammelten Proben vorgenommen werden muß. In dieser Einheit kann auch eine Umwandlung physikalischer oder chemischer Art vorgenommen werden. Bei der physikalischen Umwandlung handelt es sich um eine Phasenumwandlung wie z. B. Verflüchtigung oder Ausdampfung aus festen Stoffen oder um Austreibung mit einem reinen Trägermedium.

Die Kalibrierungs-Einheit dient zur Fernkalibrierung des Sensors. Bei einer aktiven Kalibrierung muß eine bekannte Menge von Kalibrierungsstoff freigesetzt werden. Durch das Antwortsignal kann ein neuer Empfindlichkeitswert in der Elektronik eingespeichert werden. Diese Kalibrierung ist sehr wichtig, weil die Empfindlichkeit der meisten chemischen Sensoren durch die Benutzung nachläßt. Diese Empfindlichkeitsverringerung kann sogar zehn Prozent pro Monat betragen.

Die Funktionstester-Einheit ist ähnlich aufgebaut wie die Kalibrierungs-Einheit, nur ist hier die Menge der freigesetzten Kalibrierstoffe nicht so wichtig. Hier soll nur eine Funktionsfähigkeit des Sensors überprüft werden.

Die Freisetzung von Kalibrierstoffen kann auf mechanischem Wege erreicht werden. Hier können viele Lösungen in Frage kommen. Die einfachste ist die Öffnung kleiner Einweg- oder Mehrwegbehälter. Es können kleine Behälter zerstört und so der Inhalt freigesetzt werden. Solche Behälter können aus Glas oder Kunststoff (vorteilhaft aus thermoplastischem Kunststoff) gefertigt werden. Bei diesen Behältern können mit Hilfe eines Heizwiderstandes die Behälter geöffnet werden.

Kalibrierstoffe können auch durch physikalische Effekte freigesetzt werden. Die Verflüchtigung und/oder die Verflüssigung von flüssigen und/oder festen und/oder gelartigen Stoffen und/oder die Freisetzung aus Adsorptions- oder Absorptionsmaterial oder aus Lösungsmitteln kann eine genügende Menge Kalibrierstoffe freisetzen.

Die Herstellung von Kalibrierstoffen durch chemische Reaktionen ist auch möglich. Der einfachste Weg ist die Herstellung durch Elektrolyse oder durch thermische Zersetzung. Es können natürlich Reaktionen mit vorhandenen oder mit eingeleiteten Materialien durchgeführt werden.

Es ist eine interessante Möglichkeit, die Kalibrierung nicht mit dem zu bestimmenden Material durchzuführen, besonders dann, wenn die Herstellung schwer ist, sondern mit anderem Material, auf das der Sensor ebenso reagiert und die Langzeitempfindlichkeits-Verringerung den gleichen Wert annimmt. So eine Möglichkeit ist z. B. die Kalibrierung von Kohlenmonoxid-Sensoren. Die Herstellung von Kohlenmonoxid ist schwer, aber der Sensor besitzt auch eine Empfindlichkeit gegen den leicht herstellbaren Wasserstoff. Der Wasserstoff kann leicht durch Elektrolyse von Wasser gewonnen werden.

Die Analyse-Einheit kann aus einem oder mehreren Fühlerelementen aufgebaut werden. Diese Fühlerzelen können auf verschiedene Art funktionieren. Es ist jedoch ein Vorteil, wenn die Fühler einen einheitlichen Aufbau besitzen. Bei dieser Mehrzellen-Bauweise ist jedoch wichtig, daß es sich bei diesem Analyse-Teil nicht um einen einfachen Zusammenbau von käuflichen Einzelsensoren handelt, sondern um einen einheitlichen Aufbau eines Analyseteils mit mehreren parallelen Erfassungsmöglichkeiten. Das bedeutet, daß die Sensoren ineinander integriert sind. So sind z. B. elektrochemische Sensoren mit mehreren Arbeitselektroden für die verschiedenen Komponenten mit verschiedenen Arbeitspotentialen in einem Elektrolyt und mit einer Zählerelektrode aufgebaut; bei Halbleiter-Sensoren sind die benötigten Fühler zusammen aufgebaut; bei Pellistor- und Wärmeleitfähigkeitsdetektoren ist ein gemeinsamer Referenzwiderstand eingebaut.

Es besteht die Möglichkeit, die Analyseeinheit als einen Fühler aufzubauen, der durch Veränderung der Arbeitsparameter für den Nachweis verschiedener Komponenten geeignet ist. Die Steuerelektronik sorgt für die periodische Veränderung der Arbeitsparameter und so können die Konzentrationen der verschiedenen Komponenten gemessen werden. Solche Zellen können auf elektrochemischer, Halbleiter-, katalytischer, Adsorptions- oder optischer usw. Basis arbeiten.

Abb. 1 zeigt das in Anspruch 1 erwähnte elektronisch steuerbare Einlaßventil. Das elektronisch steuerbare Einlaßventil besteht aus einem Ventilteller (2), der mit Dichtungsmaterial (1) beschichtet ist, und durch eine Feder (3) und durch eine Stange mit Magnetventil die Gaszufuhr zur Sensoreinheit öffnen oder sperren kann. Dieser Teller bewegt sich durch das gesamte Sensorgehäuse (5) und kann die Reaktionskammer (7) öffnen, damit das Gas in die Reaktionskammer einströmen kann. Dann wird die Reaktionskammer geschlossen und es erfolgt die Umwandlung. Die einzelnen Sensorelemente (8), die in das Sensorgehäuse (9) eingebaut sind, analysieren dann die Umwandlungsprodukte. Das Einlaßventil kann nicht nur die Reaktionseinheit öffnen oder sperren, sondern auch einfach nur die Leitungen zur Sensoreinheit öffnen oder sperren.

In den folgenden Abb. 2-6 sind einige Reaktoren in Form von Widerständen oder Vorrichtungen zur Induzierung von Funken oder Lichtbogen skizziert.

Abb. 2: Dieser Gasumformer zur Abspaltung von Halogen aus halogenierten Kohlenwasserstoffen enthält eine Vorrichtung zur Induzierung von Funken oder Lichtbogen. Sie besteht aus zwei stromdurchflossenen Leitern (12), die aufgrund ihrer Form in der Lage sind, Funken oder Lichtbogen zu erzeugen (17). Befestigt sind sie in der Meßkammer (7) innerhalb der Gehäusewandung (9).

Abb. 3: Gasumformer für die Aufoxidation des Kohlenstoffgerüstes.

Nach der Abspaltung des Halogens ist dies der nächste Schritt. Die Aufoxidation wird mit Hilfe eines aufgeheizten Dünnfilmwiderstands (12) durchgeführt, der aufgrund seiner hohen Temperaturen in der Lage ist, Kohlenstoffketten oxidativ aufzuspalten.

Abb. 4: Der in Abb. 2 skizzierte Dünnfilmwiderstand (12) wird auf ein poröses oder löcherhaltiges Trägermaterial (15) aufgebracht, das mit einem Katalysator beschichtet (13) ist.

Abb. 5: In diesem Fall besteht der Widerstand aus mehreren aus geeigneten Metallen bestehenden Heizwendeln (12), die an zwei stromdurchflossenen Leitern (11) innerhalb des Gehäuses (9) befestigt sind.

Abb. 6: Um zu hohe Umwandlungstemperaturen und also hohe Heizspannungen zu vermeiden, sind die Wendeln (12) mit einem entsprechenden Katalysator (13) beschichtet.

Die Aufoxidation wird also in allen Fällen durch Temperaturerhöhung und/oder den Kontakt mit einer geeigneten Katalysatorschicht bewirkt.

Abb. 7 zeigt eine Probeaufnahmeeinheit, die in die Reaktoreinheit (7) eingeschoben oder mit einer Dichtung (19) in ein Gewinde (18) gasdicht in die Wand der Sensoreinheit (9) eingeschraubt werden kann. Die Probeaufnahmeeinheit enthält einen kleinen Behälter (20) zur Aufnahme von festen oder flüssigen Stoffen, der mit einer porösen Abdeckplatte (21) abgedeckt und mit einer Heizung (23) versehen ist. Diese Probeaufnahmeeinheit kann daher flüssige oder feste Stoffe verdampfen oder in Gasform überführen.

Abb. 8 zeigt eine Kalibrierungseinheit, die aus zwei Ampullen (24) besteht. Diese Ampullen sind mit Heizungen (25) versehen und enthalten den Kalibrierungsstoff in einer vorher bestimmten Menge. Nach dem gasdichten Schließen des Einlaßventils kann eine oder beide Ampullen durch elektrische Aufheizung zerstört und der Inhalt freigesetzt werden. Das dann vorliegene Sensorsignal kann mit der vorher bestimmten Konzentration verglichen werden und der Sensor nach dem neuen Wert geeicht werden.

Abb. 9 zeigt eine Kalibrierungseinheit, die aus einer Ampulle (27) besteht, die mit zwei Heizungen (26 und 29) versehen ist. In dieser Ampulle ist ein flüssiger Kalibrierungsstoff (28). Zuerst wird die erste Heizung (26) eingeschaltet, wobei eine Öffnung an der Ampulle freigemacht wird. Anschließend erfolgt durch Einschalten der zweiten Heizung eine langsame, schnelle oder auch augenblickliche Verdampfung der eingesetzten Materialien. Der Verdampfungsgeschwindigkeit entspricht eine bestimmte Gaskonzentration, so daß der Sensor noch einmal geeicht werden kann.

Abb. 10 zeigt eine Kalibrierungseinheit, die in die Sensorwand eingebaut ist. Sie besteht aus einer Kammer (29), in der zwei Elektroden (30 und 32) angebracht sind, die mit elektrischen Kontakten (31) versehen sind. In dieser Kammer befindet sich ein Festkörper- oder Flüssigkeits-Elektrolyt, der durch Elektrolyse Gase freigibt, die durch Öffnungen in der Kammerwand dieser kleinen Elektrolyse-Kammer entweichen können. Durch Veränderung des zur Elektrolyse benötigten Stroms kann man die Konzentration der freigesetzten Gase exakt steuern und dadurch eine Eichung der Sensoren erreichen. Die Sensor-Eichung kann mehrmals durchgeführt werden, solange noch genügend Elektrolyt vorhanden ist.

Claims (54)

1. Eine Anordnung zur Erfassung von Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer kompletten Einheit die messenden Stoffe eingelassen werden und/oder eventuell eine Absperrung und/oder eventuell eine Filterung und/oder eventuell eine Meldung einer übergroßen Konzentration und/oder eventuell eine chemische Umwandlung und/oder eventuell eine Physikalische Umwandlung und/oder eventuell eine Speicherung und Rückgabe mit vergrößerter Konzentration und/oder eventuell eine chemische Filterung und/oder eventuell eine Kalibrierung und/oder eventuell eine Funktionstest und eine Analyse stattfindet so, daß sich diese Funktionen gleichzeitig oder nacheinander oder in beliebigen Kombinationen abspielen können, so daß die in dem Sensor befindliche Analyseneinheit, die aus einem oder mehreren Meßvorrichtungen besteht, die so vorbereiteten Medien messen kann.

2. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sensoreinlaß ein Überbelastungsmelder eingebaut ist.

3. Nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlastungsmelder ein kapazitives Meßsystem ist.

4. Nach 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlastungsmelder auf radioaktiver Basis arbeitet.

5. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit einer regulierbaren und/oder ein- und ausschaltbaren Einlaßeinheit ausgerüstet ist.

6. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinheit mit dem Überlastungsmelder gekoppelt ist.

7. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinheit mit der Analyseneinheit gekoppelt ist.

8. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinheit mit der Analyseneinheit gekoppelt ist derart, daß nach dem Einlaß des zu analysierenden Mediums der Einlaß gesperrt wird, bis die Analyse durchgeführt ist.

9. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßeinheit mit der Analyseneinheit gekoppelt ist derart, daß die Einlaßmenge und/oder Einlaßgeschwindigkeit des zu analysierenden Mediums von der Analyseeinheit gesteuert wird.

10. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sensor eine Filtereinheit vorhanden ist, die eine oder mehrere Komponenten herausfiltert, wobei diese Komponenten unter anderem die störenden, umzuwandelnden oder die zu bestimmenden Komponenten sein können.

11. Nach 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter ein Sorptionsfilter auf Flüssigkeits-, gel-, oder Feststoffbasis ist, oder mechanisch, elektrostatisch oder chemisch funktioniert.

12. Nach 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Ausfilterung durch vorhandene oder zugeführte gas-, flüssig-, gelförmige oder feste Materialien erfolgt und chemische Reaktionen ablaufen.

13. Nach 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine oder mehrere Vorrichtungen zur Anreicherung von einer oder mehrerer Komponenten enthält, wobei diese Komponenten unter anderem die störende, umzuwandelnde oder die zu bestimmende Komponente sein kann.

14. Nach 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherungseinheit Komponenten auf physikalischem Wege wie Abkühlung, Druckerhöhung Anwendung von Molekularsieben, Auflösung oder durch Adsorptions- oder Absorptionsmittel reversibel speichert und zurückgibt, oder durch chemische Reaktionen die Komponente oder die Komponenten oder aufgespaltete und/oder umgewandelte Teile derselben freigibt.

15. Nach 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit einen oder mehrere Reaktoren enthalten kann, die eine oder mehrere Komponenten umwandelt.

16. Nach 1, 10-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor oder die Reaktoren ständig funktionieren oder durch zusätzliche Aktivierung etwa durch Temperaturerhöhung, Materialzufuhr, Energiezufuhr, durch beliebige Kombination von Gasstromführung (Auf- und oder Vorbeiführung der Komponente/n) ihre Funktionen einmal oder mehrmals (z. B. periodisch) aufnehmen.

17. Nach 1, 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktoren leicht austauschbar und/oder regenerierbar sind.

18. Nach 1, 10-17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor Vorrichtungen für die Kontaktierung der Komponenten mit dem Reaktor enthält; die Kontaktierung kann periodisch oder aperiodisch sein.

19. Nach 1, 10-18, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsatz mit chemischen Reagenzien und/oder mit Katalysatoren erfolgt.

20. Nach 1, 10-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Reagenzien oder Katalysatoren auf einem Trägermaterial beliebiger Art aufgebracht werden.

21. Nach 1, 10-20, dadurch gekennzeichnet, daß die Reagenzien und/oder die Katalysatoren und/oder die Trägermaterialien und/oder die Aktivierungseinheit als Dünn- und oder Dickfilm vorhanden sind.

22. Nach 1, 10-21, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungseinheit als Heizelement (Peltierelement, Transistor, Widerstand, Induktive Last, Wärmetauscher) vorliegt.

23. Nach 1, 10-22, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor eine Vorrichtung zur Erzeugung eines oder mehrer Funken und/oder Lichtbogen mit beliebiger Betriebsart und Betriebssystem, wie etwa Gleich- oder Wechselstrom unter Normaldruck oder im Vakuum usw. ist.

24. Nach 1, 10-23, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kombination von Funken bzw. Lichtbogen und katalytischen oder anderen Substanzen eine zusätzliche Wirkung entsteht.

25. Nach 1, 10-24, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ein heizbarer Widerstand ist.

26. Nach 1, 10-25, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor ein heizbarer Widerstand mit katalytischem und/oder Aufspaltungs- Effekt ist.

27. Nach 1, 10-26, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor eine heizbare Dünnfilmeinheit und/oder mit katalytischer Wirkung und/oder Beschichtung ist.

28. Nach 1, 10-27, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor aus einer oder mehreren Folien mit oder ohne gasdurchlässige Eigenschaften, mit oder ohne Beschichtung mit katalytischen Substanzen und/oder aus einer oder mehreren Heizung/en besteht.

29. Nach 1-28, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor eine Vorrichtung zur Induzierung von Photoreaktionen enthält.

30. Dadurch gekennzeichnet, daß im Reaktor die Reaktionen mit Hilfe einer Licht- und/oder Photonenquelle wie etwa einem Laser und/oder ein Halbleiterlaser und/oder einer UV-Lampe und/oder Halogen-Lampe und/oder Quecksilberlampe und/oder Lichtbogenlampen und/oder speziellen Lampen mit engen Strahlungsbereichen induziert werden.

31. Dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor eine Vorrichtung zur Durchführung von Stahlungsreaktionen enthält.

32. Dadurch gekennzeichnet, daß in dem/den Reaktor(en) die Reaktionen mit Hilfe von Strahlungsquellen radioaktiver Art und/oder Elektronen- und/oder Ionen- und/oder Röntgen-Strahlen und/oder Mikrowellen induziert werden.

33. Dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Probenaufnahme - Einheit zur Aufnahme von Feststoffen oder Flüssigkeiten und/oder eine Auffang-Einheit für Aerosole und/oder Staub enthält.

34. Dadurch gekennzeichnet, daß die Probenaufnahme- und Auffang-Einheit elektrisch aufheizbar ist.

35. Dadurch gekennzeichnet, daß in der Probenaufnahme physikalische und/oder chemische Umwandlungen stattfinden können.

36. Dadurch gekennzeichnet, daß eine Überführungsmöglichkeit von flüchtigen Substanzen in der Analysen-Einheit oder außerhalb des Sensors besteht.

37. Dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllung der Probe kontinuierlich und/oder periodisch erfolgen kann.

38. Dadurch gekennzeichnet, daß in der Probenaufnahme und/oder in dem Sensor eine Vorrichtung zur Verdünnung der Komponenten vorhanden ist.

39. Dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sensor und/oder zu dem Sensor eine Kalibrierungs- und/oder eine Funktionstest-Einheit integriert ist.

40. Dadurch gekennzeichnet, daß in der Kalibrierungseinheit Komponenten freigesetzt werden, die einen Funktionstest und/oder die Kalibrierung der Analysen-Einheit möglich machen.

41. Dadurch gekennzeichnet, daß die Freisetzung mechanisch, etwa durch Öffnung und/oder Zerstörung eines Behälters, oder physikalisch, etwa durch Verdampfung erfolgt, oder sich chemisch, etwa durch Elektrolyse, oder eine thermische Reaktion oder eine Reaktion mit vorhandenen und/oder eingeleiteten Komponenten abspielt.

42. Dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Analyse- Einheit enthält.

43. Dadurch gekennzeichnet, daß die Analysen-Einheit aus einer oder mehreren Analysenzellen besteht.

44. Dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen auf physikalischer, chemischer, elektrochemischer oder Halbleiter-Basis funktionieren.

45. Dadurch gekennzeichnet, da die Zellen beliebige Kombinationen der unten aufgeführten Meßzellen sein können:
C12, HC1, SO2, NOx, NO, NO2, O2, O3, CO, CO2, H2S, NH3, CH4, HCN, F12, HF, J2, Br2.

46. Dadurch gekennzeichnet, daß die Analysen-Einheit nicht als Kombination einzelner Zellen, sondern als Multifunktions-Einheit vorliegt.

47. Dadurch gekennzeichnet, daß diese Multifunktions- Einheit als eine verstellbare Meßeinheit, die durch die Veränderung der Betriebsparametern nacheinander verschiedene Komponenten messen kann, wie etwa eine sich verändernde elektrochemische Zelle und/oder ein sich verstellendes optisches Analysegerät; und/oder ein sich durch Temperaturveränderungen verstellender Halbleiter- oder Absorptions-Sensor vorliegt.

48. Dadurch gekennzeichnet, daß die Analyseneinheit als ein Multikanalsystem, wie etwa eine elektrochemische Zelle mit mehreren Arbeitselektroden, Referenzelektroden und Arbeitspotentialen, und/oder als ein optisches Multikanal-Analysensystem oder in Form von Halbleitersensoren mit verschiedenen Betriebsparametern (Temperatur, Spannung) vorliegt.

49. Dadurch gekennzeichnet, daß die in den Ansprüchen 1 bis 40 erwähnten Betriebszustände und Einheiten miteinander beliebig kombiniert werden können.

50. Dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der einzelnen Komponenten mikroprozessorgesteuert ist.

51. Verfahren zur Herstellung von Anordnungen nach Anspruch 1-50, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Einheit in einem Kunststoffgehäuse integriert ist.

52. Verfahren zur Herstellung von Anordnungen nach Anspruch 1-50, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anordnung und/oder beliebige Teile davon in Dick- und/oder Dünnfilmtechnik und/oder in monolytischer Integrationstechnik gefertigt wird.

53. Verfahren zur Herstellung von Anordnungen nach Anspruch 1-50, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Anordnung und/oder beliebige Teile davon auf Halbleiterbasis integriert ist.

54. Verfahren zur Herstellung von Anordnungen nach Anspruch 1-50, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik und/oder die Meßelektronik und/oder die gesamte Elektronik mitintegriert wird.