Massenspektrometer in der Industrie Wozu vor dem Prozessmassenspektrometer eine Membran installieren?

In industriellen Prozessen ist die Massenspektrometrie für die Analyse von Gasen verbreitet. Mit einem neuartigen Einlasssystem misst ein mobiles Prozessmassenspektrometer nun auch Flüssigkeiten und Gase simultan und analysiert Reaktionsverläufe.

Wissenschaftler des Fraunhoferinstituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) und Chemische Technologie (ICT) haben das Massenspektrometer FoxySpec” entwickelt. Es analysiert in Echtzeit bis zu 30 chemische Komponenten gleichzeitig. Bisher eignete sich die Prozessmassenspektrometrie ausschließlich für die Untersuchung von Stoffgemischen in der Gasphase. Durch ein neues Einlasssystem kann das Spektrometer nun auch Flüssigkeiten analysieren.

Analyse von Gasen

Über beheizte Edelstahlleitungen werden Gase in das Vakuumsystem des Massenspektrometers angesaugt. Die Leitungen sind beheizt, um eine Adsorption der Probengase an der Innenseite der Probennahmeleitungen zu verhindern. Je nach Länge und Durchmesser der Leitungen lassen sich Gase bei Drücken zwischen einem Millibar und 100 bar messen. Die maximale Messtemperatur beträgt 400 °C. Durch das anliegende Vakuum müssen die Gase nicht zur Analyseneinheit gepumpt werden. Probenentnahmestelle und Messgerät können bis zu zehn Meter voneinander entfernt sein. Dies vereinfacht die Integration des Analysesystems in bestehende Produktionsanlagen.

Analysen von Flüssigkeiten

Kernstück für die Untersuchung von Flüssigkeiten ist eine mikroporöse Membran. Für die Membran durchlässige Komponenten der Analysefssigkeit diffundieren zur Detektionseinheit. Polare Flüssigkeitenwiessrige Lösungen, lt die Membran zurück. Um Partikel in Flüssigkeiten zu analysieren, aber auch Verstopfungen zu vermeiden, ist ein Filter vor die Analyseeinheit geschaltet. Die Membran hält einem Überdruck von bis zu zehn Bar stand und Temperaturen bis 100 °C bei wässrigen bzw. bis 200 °C bei unpolaren sungen.

Der Stofftransport durch die Membran zur Analyseeinheit ist von der Henry-Konstante abhängig. Die Henry-Konstante beschreibt das Löslichkeitsverhalten von Gasen in Wasser. Die spezifische Konstante eines Stoffgemisches ist umso größer, je schlechter die Wasserlöslichkeit und je höher der Siedepunkt bzw. Dampfdruck einer Komponente ist. Stoffe mit hoher Henry-Konstante lassen sich somit besser nachweisen.