ISBN 978-3-8439-0800-9

978-3-8439-0800-9, Reihe Mikrosystemtechnik

Adam Sklorz
Ethylenmesssysteme für die Fruchtlogistik- Miniaturisierte GC- und NDIR-Messsysteme mit Gasanreicherungseinheiten für die Ethylendetektion

247 Seiten, Dissertation Universität Bremen (2012), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Das Gas Ethylen ist für viele fruchtlogistische Prozesse von entscheidender Bedeutung, da klimakterische Früchte während ihrer Reifeprozesse Ethylen emittieren. Das abgegebene Gas beschleunigt wiederum die Fruchtreife. Dieses Verhalten führt zu vorzeitigem Warenverderb und dadurch zu finanziellen Einbußen. Neue Ansätze im Bereich der Qualitätsüberwachung und Prozesskettengestaltung, wie z.B. des dynamic-FEFO oder des so genannten "Intelligenten Containers" helfen diese Verluste zu minimieren. Hierfür sind unterschiedliche autonome Mess- und Kommunikationssysteme notwendig. Für die Fruchtlogistik werden im Speziellen mobile, robuste, sensitive und selektive Ethylenkonzentrationsmesssysteme zur Ermittlung der Fruchtreife und zur Reduzierung von vorzeitigem Verderb während des Transports benötigt.

In der vorliegenden Arbeit werden solche neu konzipierten, entwickelten und charakterisierten miniaturisierten Systeme vorgestellt. Hierbei werden zwei Messansätze verfolgt: Basierend auf traditionellen Gasanalyseverfahren wird ein miniaturisierter Gaschromatograph durch die Integration eines Ethylendetektors mit einer µGC-Säule und einer miniaturisierten Anreicherungseinheit realisiert. Zum ersten Mal werden dabei leichte Kohlenwasserstoffe aus einem Gasgemisch mit einem und zwei Kohlenstoffatomen mittels einer siliziumbasierten µGC-Säule aufgetrennt. Der Gaschromatograph erzielt ohne Anreicherungseinheit eine Messauflösung von 2 nl gegenüber der in einer Probe enthaltenen Ethylenmenge. Bei Verwendung der Anreicherungseinheit ohne Adsorptionsmittel als Injektor kann eine Ethylenkonzentration von ca. 140 ppmv messtechnisch aufgelöst werden. Durch den Einsatz der Anreicherungseinheit wird dieser Wert auf ca. 6 ppmv verbessert. Ein weiteres Messsystem wird durch Umsetzung der nicht-dispersiven-infrarot (NDIR)-Spektroskopie entwickelt. Im Besonderen steht die Optimierung der Strahleneffektivität im Messsystem im Mittelpunkt. Die vorgestellten technischen Lösungen ermöglichen dem entwickelten NDIR-Messsystem Ethylen mit einer Messauflösung von ca. 20 ppmv zu erfassen. Weiterhin wird zum ersten Mal gezeigt, dass die Kopplung zwischen einem NDIR-Messsystem und einer Gasanreicherungseinheit zur indirekten Erhöhung der Systemsensitivität geeignet ist. Durch diesen Ansatz wird ein Anreicherungsfaktor von fünf und damit eine theoretische Messauflösung von 4 ppmv erzielt.