1 Heterogene Katalyse .......................................................................................................... 4 1.1 Nach welchem einfachsten Modell wurde in der Vorlesung die Adsorption/Desorption von Gasen an Festkörperoberflächen beschrieben? Welche Annahmen liegen diesem Modell zu Grunde? ....................................................................... 4 1.2 Geben sie die Abhängigkeit der Oberflächengrades vom Gaspartialdruck an (Formel und Diagramm) ...................................................................................................................... 4 1.3 Welche Eigenschaften hat ein Heterogener Katalysator? .......................................... 5 1.4 Was sind Katalysatorgifte? (Nennen sie min. zwei) .................................................. 5 1.5 In welchen Gassensoren- Konzepten spielt die Heterogene Katalyse eine Rolle? (Nennen sie drei Beispiele) .................................................................................................... 5 1.6 Definieren sie den Besetzungsgrad Θ ........................................................................ 5 1.7 Welche thermodyn. Größe entscheiden, ob eine Reaktion überhaupt abläuft? ......... 6 1.8 Was beschreibt die Langmuir-Isotherme (Beschreibung in Worten)? Definieren sie die verwendeten Parameter .................................................................................................... 6 1.9 Wie hängt die Reaktionsrate r(T) generell von der charakteristischen Größe der Reaktanten ab? Erklären sie, warum die Reaktionsrate r(T) einer jeden heterogen katalytisch aktivierten Reaktion bei Auftragung über Katalysatortemp. T ein Maximum aufweist. ................................................................................................................................. 7

2 MOGSS07 ............................................................................................................................. 7 2.1 Skizzieren sie den Aufbau eines MOG und geben sie die allgem. Abhängigkeit des Sensorsignals vom Partialdruck des zu messenden Gases an (allg. Formel und Diagramm) 7 2.2 Beschreiben sie schematisch die Oberflächeneffekte anhand des Energiebandschemas, die zu sehr empfindlichen Abhängigkeit des Sensorsignals von Schadgasen führen: ................................................................................................................ 8

2.2.1 Warum kommt es zur Bandverbiegung?............................................................ 8 2.2.2 Erklären sie an einem Reaktionsbeispiel ihrer Wahl wie es zur empfindlichen Abhängigkeit des Sensorsignals von der Konz. des zu messenden Gases kommt ............ 9 2.2.3 Welche Rolle spielt die Temperatur der Gassensitiven Schicht ........................ 9

2.3 Warum ist dieser Sensortyp bei isothermem Betrieb nach dem Stand der Technik zu Gasanalysezwecken ungeeignet? ........................................................................................... 9 2.4 Erläutern sie warum und wie man bei periodischer Variation der Sensortemperatur und simultaner Aufnahme von Leitwert- Zeit- Profilen in günstigen Fällen sowohl die Gaskomponente identifizieren als auch deren Konzentration bestimmen kann. ................. 10 2.5 Nennen sie je zwei Vor- und Nachteile.................................................................... 10 2.6 Es sind mehrere Verfahren denkbar, um mit MOG Gasanalysen durchzuführen. Nennen Sie zwei und beschreiben sie jeweils die Analysemethode. ................................... 10

2.6.1 Sensorarray....................................................................................................... 10 2.6.2 Zyklische Temperaturänderung........................................................................ 10

2.7 Welchen Einfluss hat die Morphologie der sensitiven Schicht (Korngröße, Versinterungsgrad der Körner, Verteilung der Zusätze(Additive)) auf die Sensitivitätseigenschaften .................................................................................................... 10 2.8 Erläutern sie, warum dieser Sensortyp vorherrschend in Umgebungsluft zum Einsatz kommt und zu Einsatzzwecken in Verbrennungsgasen (Kamin, Auspuff von Verbrennungsmotoren) kaum geeignet ist. .......................................................................... 11 2.9 Was sind die drei Eigenschaften von HGS, die in den Anwendungen am häufigsten Probleme machen? ............................................................................................................... 11

3 Gelöst Sauerstoffmessung ................................................................................................ 11 3.1 Erklären sie den Begriff %-Sättigung des Sauerstoffes. Wie misst man diese Größe und welche weiteren Größen haben Einfluss darauf? Warum? ........................................... 11

3.2 Beschreiben sie den Sensor zur Analyse des gelösten Sauerstoff nach dem galvanischen Messprinzip( Skizze der Messzelle, Elektrodenmaterial und Innenelektrolyt, Messtechnik) ........................................................................................................................ 12 3.3 Wie würden sie dein Innenelektrolyt einstellen, wenn sie: ...................................... 12 3.4 Was hat das Messprinzip gemeinsam mit dem Messprinzip der amperometrischen Messzelle zur Analyse des gelösten Sauerstoffes? .............................................................. 12 3.5 Aufbau der amperometrischen Messzelle mit Elektrodenreaktion .......................... 13

4 Elektrochemische Gasmesszelle ...................................................................................... 14 4.1 Skizzieren sie den Aufbau der Messzelle und die Messtechnik schematisch und geben sie für ein Messgas ihrer Wahl die Elektrodenmaterialien und den Innenelektrolyt an. Nennen sie das Messprinzip und geben sie das Sensorsignal als Funktion der Konzentration des Gases allgemein an. ....................................................................................................... 14 4.2 In der Vorlesung wurde der Sensoraufbau mit dem Aufbau der elektrochem. Messzelle für in Wasser gelöstem Sauerstoff verglichen. Was sind die entscheidenden konstruktiven Unterschiede (inkl. Begründung) .................................................................. 15 4.3 Was sind die Stärken und Schwächen des Sensortyps? Begründen sie warum dieser Sensortyp oft als Sensorarray Anwendung findet. ............................................................... 15 4.4 Beschreiben sie das numerische Auswerteverfahren eines Sensorarray von elektrochem. Gasmesszellen. Warum ist dieses Verfahren verhältnismäßig einfach? Geben sie ein Anwendungsbeispiel an. ........................................................................................... 16 4.5 In welchen Anwendungsfällen setzt man vorteilhafter weise Elektrochem. Gassensoren ein (nennen sie min. 2 typ. Applikationskriterien).......................................... 16 4.6 Angenommen sie haben einen HCN- Gassensor vorliegen, dessen Messbereich mit 0- 50ppm angegeben ist. Welche einfache Maßnahme ergreifen sie, um den Messbereich auf 0-5000ppm auszudehnen. Begründung. ......................................................................... 16

5 Pellistor (Wärmetönungssenor)........................................................................................ 16 5.1 Zwei Messschaltungen wurden in der Vorlesung besprochen. Skizzieren sie beide Schaltungen, beschreiben sie kurz die Detektionsmethode, geben sie die Abhängigkeit des Messsignals von der Gaskonzentration allgem. an und geben sie die Vor- und Nachteile gegenüber der jeweils anderen Schaltung an. ...................................................................... 16

5.1.1 Messung bei konst. Brückenspannung ............................................................. 17 5.1.2 Messung bei konst. Widerstand (Isotherm)...................................................... 17

5.2 Skizzieren sie den Aufbau der Sensormesszelle. Welche Funktionen hat die Metallsinterplatte und aus welchen Gründen wirkt sie sich vorteilhaft auf die Signalstabilität aus?.............................................................................................................. 18 5.3 Was bedeutet UEG? Erläutern sie warum mit diesem Sensortyp immer %UEG gemessen wird, unabhängig von der Gasart......................................................................... 18 5.4 Warum stellt das Sensorsignal ein Maß für die Explosionsneigung eines Gemisches dar? 18 5.5 Was sind die Stärken, was sind die Schwächen des Messprinzips verglichen mit dem MOG?........................................................................................................................... 18 5.6 Welche Baugrößen bestimmen die Empfindlichkeit? Begründung. ........................ 19

6 Desinfektion von Wässer ................................................................................................. 19 6.1 Mit welcher Chemikalie wird meist desinfiziert? Wie reagiert diese im Wasser und welches Reaktionsprodukt wirkt desinfizierend?................................................................. 19 6.2 Warum muss die Konzentration der desinfizierenden Substanz ständig sensorisch Überwacht werden?.............................................................................................................. 19 6.3 Skizzieren sie den Sensor mit Materialien und erklären sie die Funktion. Kann der Sensor direkt ins Becken messen? ....................................................................................... 19 6.4 Der Sensor misst mit 2 Elektroden. Was ist grundsätzliche Nachteil zum 3-Elektroden- Prinzip und unter welchen Umständen ist das 2-E- Prinzip akzeptabel? ......... 19

6.5 Nennen sie Vor- und Nachteil der Desinfektion mit ClO2 im Vergleich zu HOCl . 20 6.6 Sensorsystem............................................................................................................ 20

1 Heterogene Katalyse

1.1 Nach welchem einfachsten Modell wurde in der Vorlesung die Adsorption/Desorption von Gasen an Festkörperoberflächen beschrieben? Welche Annahmen liegen diesem Modell zu Grunde?

Langmuir- Modell (Isotherm)

• jede Adsorptionstelle ist äquivalent • der Adsorptionsprozess ist unabhängig von der Besetzung benachbarter

Adsorptionstellen • es bildet sich max. eine monomolekulare Schicht

Adsorptionsgleichgewicht AMOberflächeMgAka

kd⇔+ )()(

1.2 Geben sie die Abhängigkeit der Oberflächengrades vom Gaspartialdruck an (Formel und Diagramm)

Im thermodynamischen GG:

d

aA

AA

AAA k

kK

pKpK

=+

=Θ ;1

Langmuir- Isotherm mit

kd = Geschwindigkeitskonst. Desorption ka = Geschwindigkeitskonst. Adsorption pa = Partialdruck

1.3 Welche Eigenschaften hat ein Heterogener Katalysator? • setzt die Aktivierungsenergie einer chem. Reaktion herab • Folge ist die Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit • keine Beeinflussung der chem. GG der Reaktion • Katalysator ist zusammen mit den Reaktanten an der Bildung aktiver,

niederenergetischer Zwischenstufen beteiligt • selektive Bevorzugung einer bestimmten Reaktionsweges (Produkt) im Vergleich zu

den Reaktionswegen ohne Katalysator • Katalysator tritt im Bruttoumsatz der Reaktion nicht in Erscheinung

1.4 Was sind Katalysatorgifte? (Nennen sie min. zwei) Stoffe, die die Wirkung dauerhaft vermindern oder aufheben, wie z.B.

• Blei • Schwefel • Schwermetalle • Halogenkohlenwassersoffe • Polymere • Kohlenmonoxid • Silikondämpfe • Phosphat- Ester

1.5 In welchen Gassensoren- Konzepten spielt die Heterogene Katalyse eine Rolle? (Nennen sie drei Beispiele)

MOG als Additiv Pellistor ??

1.6 Definieren sie den Besetzungsgrad Θ

NsstellenAdsorptionnverfügbarederAnzahsstellenAdsorptionbesetztenderAnzah

_______

=Θ

1.7 Welche thermodyn. Größe entscheiden, ob eine Reaktion überhaupt abläuft?

Partialdruck(≈ Konzentration) und Temperatur

1.8 Was beschreibt die Langmuir-Isotherme (Beschreibung in Worten)? Definieren sie die verwendeten Parameter

Mir den Langmuir- Isotherme beschreibt das Adsorptions- und Desorptionsverhalten von Stoffen an heterogenen Katalysatoren. ?? Parameter:

Besetzungsgrad Kp

Kp+

=Θ1

(mit Worten siehe oben)

Massenwirkungskonstante [ ][ ][ ]MA

MAK = mit ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ Δ=

RTH

K adexp

Umsatzrate bei 2 Gasen

Für Gas A: AA

AAA pK

pK+

=Θ1

Für Gas B: BB

BBB pK

pK+

=Θ1

=>rp=k*ΘA*ΘB => ( )21*

BBAA

BBAAp pKpK

pKpKkr++

=

1.9 Wie hängt die Reaktionsrate r(T) generell von der charakteristischen Größe der Reaktanten ab? Erklären sie, warum die Reaktionsrate r(T) einer jeden heterogen katalytisch aktivierten Reaktion bei Auftragung über Katalysatortemp. T ein Maximum aufweist.

( )21*

BBAA

BBAAp pKpK

pKpKkr++

= mit RTWA

ekk−

= *0

2 MOGSS07

2.1 Skizzieren sie den Aufbau eines MOG und geben sie die allgem. Abhängigkeit des Sensorsignals vom Partialdruck des zu messenden Gases an (allg. Formel und Diagramm)

Sensitivität:

ii p

GS∂∂

=

2.2 Beschreiben sie schematisch die Oberflächeneffekte anhand des Energiebandschemas, die zu sehr empfindlichen Abhängigkeit des Sensorsignals von Schadgasen führen:

2.2.1 Warum kommt es zur Bandverbiegung? Durch den Ausgleich des Partialdruckes von ½ O2 kommt es zu Fehlstellen im SnO2 und dadurch entstehen Elektronen, die energetisch Knapp unterhalb des Leitungsbandes liegen. Durch Physisorption und später Chemisorption von ½ O2 unter Bildung von O- an der Oberfläche kommt es zu einer Konzentration der durch die hohe Temperatur des SnO2 zu thermisch aktivierten Elektronen im Bereich der Oberfläche, was zu einer Verschiebung der Energiebänder führt.

2.2.2 Erklären sie an einem Reaktionsbeispiel ihrer Wahl wie es zur empfindlichen Abhängigkeit des Sensorsignals von der Konz. des zu messenden Gases kommt

2CO + O- 2 2CO2 + 2e-

2NO2 2 O -ads+ N2 – 2 e- 2H2O + O-

2 ads 4OHads+e- (Abhängigkeit von G (H2O) Querempfindlichkeit auf Wasserdampf!!!

2.2.3 Welche Rolle spielt die Temperatur der Gassensitiven Schicht Die Reaktionsgeschwindigkeiten sind temperaturabhängige Größen. Deshalb werden bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Reaktionen bevorzugt ablaufen.

2.3 Warum ist dieser Sensortyp bei isothermem Betrieb nach dem Stand der Technik zu Gasanalysezwecken ungeeignet?

Weil bei isothermer Messung nur ein Mischsignal aus allen in der Luft enthaltenen reduzier- und oxidierbaren Stoffen entsteht. Deshalb kann nicht unmittelbar auf die Art und Konzentration eines einzelnen Stoffes geschlossen werden.

2.4 Erläutern sie warum und wie man bei periodischer Variation der Sensortemperatur und simultaner Aufnahme von Leitwert- Zeit- Profilen in günstigen Fällen sowohl die Gaskomponente identifizieren als auch deren Konzentration bestimmen kann.

Wenn man eine Referenzkurve des zu messenden Gases aufgenommen hat mit entsprechenden Temperatur und Luftfeuchtigkeitswerten kann man über Vergleich das Gas bestimmen. Über die Integration der Kurve kann man die Konzentration bestimmen.

2.5 Nennen sie je zwei Vor- und Nachteile Vorteile

• sehr gassensitiv • sehr Preiswert • Reagieren auf nahezu alle oxidierbaren/reduzierbaren Gaskomponenten

Nachteile

• Reagieren auf nahezu alle oxidierbaren/reduzierbaren Gaskomponenten • Liefern nur ein Mischsignal • müssen mehrere Tage vor Kalibrierung laufen um thermodyn. GG einzustellen p(O2) • unbekannte Gaskomponenten liefern falsche Signale • p(O2) muss konst. gehalten werden • hohe Querempfindlichkeit gegenüber Wasserdampf

2.6 Es sind mehrere Verfahren denkbar, um mit MOG Gasanalysen durchzuführen. Nennen Sie zwei und beschreiben sie jeweils die Analysemethode.

2.6.1 Sensorarray Mehrere Elemente, mit unterschiedlichen Additiven und/oder Oberflächentemperaturen bekommen für unterschiedliche Gase andere Mischsignale über Mustererkennung kann auf die Gassorte geschlossen werden

2.6.2 Zyklische Temperaturänderung Wenn man eine Referenzkurve des zu messenden Gases aufgenommen hat mit entsprechenden Temperatur und Luftfeuchtigkeitswerten kann man über Vergleich das Gas bestimmen. Über die Integration der Kurve kann man die Konzentration bestimmen.

2.7 Welchen Einfluss hat die Morphologie der sensitiven Schicht (Korngröße, Versinterungsgrad der Körner, Verteilung der Zusätze(Additive)) auf die Sensitivitätseigenschaften

Da die Sinterhälse Maßgeblich den Leitwert beeinflussen ist deren Dicke ausschlaggebend.

Die Additive sorgen dafür, dass eine bestimmte Reaktion bevorzugt abläuft, d.h. eine Gaskomponente bevorzugt umgesetzt wird und sich deshalb die Raumladungszone durch Anwesenheit einer dieser Komponente besonders stark ändert erhöht die Selektivität Eine gleichmäßige Verteilung der Additive ist wichtig damit es zu zusammenhängenden Verarmungszonen kommt und nicht lokalen. Die Korngröße ist entscheidend für die Wirksame Oberfläche an der die Reaktionen ablaufen

2.8 Erläutern sie, warum dieser Sensortyp vorherrschend in Umgebungsluft zum Einsatz kommt und zu Einsatzzwecken in Verbrennungsgasen (Kamin, Auspuff von Verbrennungsmotoren) kaum geeignet ist.

Die Umsatzrate der Stoffe ist stark Temperaturabhängig. Bei zu hohen Temperaturen, wie sie in Verbrennungsgasen ist die Umsatzrate wieder zu gering. Zudem kommt noch ein Wechselnder p(O2) und auch Bestandteile wie Wasserdampf, die sich an der Oberfläche festsetzen würden und somit weitere Reaktionen verhindern würden.

2.9 Was sind die drei Eigenschaften von HGS, die in den Anwendungen am häufigsten Probleme machen?

• p(O2) muss konstant gehalten werden • Querempfindlichkeit auf Wasserdampf • Mischsignale, unbekannte Gase wirken störend

3 Gelöst Sauerstoffmessung

3.1 Erklären sie den Begriff %-Sättigung des Sauerstoffes. Wie misst man diese Größe und welche weiteren Größen haben Einfluss darauf? Warum?

%-Sättigung ist des Verhältnis zwischen gemessenem c(O2) und dem Sättigungswert (p,T,S) Gemessen wird c(O2) mit einer amperometrischen oder galvanischen Messzelle im Wasser. Über die Salinität(S), Temperatur und den p(O2) kann der Sättigungswert aus einem Tabellenwerk herausgelesen werden.

3.2 Beschreiben sie den Sensor zur Analyse des gelösten Sauerstoff nach dem galvanischen Messprinzip( Skizze der Messzelle, Elektrodenmaterial und Innenelektrolyt, Messtechnik)

Galvanische Messzelle Gemessen wird der Stromfluss bei der Umsetzung des Bleies zu PbO

3.3 Wie würden sie dein Innenelektrolyt einstellen, wenn sie: -in CO2- haltigem Wasser messen Vermutung: ?? da alkalisch schon vergeben saures Innenelektrolyt

-in Amonium- haltigem Wasser messen Vermutung: Da Ammoniak basisch ist Elektrolyt alkalisch

3.4 Was hat das Messprinzip gemeinsam mit dem Messprinzip der amperometrischen Messzelle zur Analyse des gelösten Sauerstoffes?

es gilt beides Mal das 1. Ficksche Gesetz

3.5 Aufbau der amperometrischen Messzelle mit Elektrodenreaktion

ID= cd

FAD4 mit F: Faradaykonst

A: Elektrodenfläche D: Diff.koeffizeint der Membran d: Dicke der Membran c: Konzentration O2

4 Elektrochemische Gasmesszelle

4.1 Skizzieren sie den Aufbau der Messzelle und die Messtechnik schematisch und geben sie für ein Messgas ihrer Wahl die Elektrodenmaterialien und den Innenelektrolyt an. Nennen sie das Messprinzip und geben sie das Sensorsignal als Funktion der Konzentration des Gases allgemein an.

Elektroden und Reaktionen für CO- Messung: Arbeitselektrode: Pt- Anode −+ ++→+ eHCOOHCO 2222

Gegenelektrode: Pt- Kathode OHeHO 22 2221 →++ −+

Ref.-Elektrode: 22 )(22 OHPteHOPt ↔+++ −+ ,

[ ][ ])(

)(ln2 2

22

0 OHPtHOp

FRT +

+= ϕϕ ;

Elektrolyt: 1M H2SO4, Polarisationsspannung Upol=1.1V

Elektroden: 3 -Phasen-Kontakt realisiert durch Elektrolyt imprägnierte Mischung (Paste) aus gefälltem Platin und PTFE-Pulver, die auf die PTFE-Membran aufgebracht ist (Rückseite).

Messsignal

)()(2 COcd

COeADI D =

4.2 In der Vorlesung wurde der Sensoraufbau mit dem Aufbau der elektrochem. Messzelle für in Wasser gelöstem Sauerstoff verglichen. Was sind die entscheidenden konstruktiven Unterschiede (inkl. Begründung)

Sehr dünne Membran, poröse Folie, mit extrem hoher Permeabilität.( gesinnter?) Wasser kann in Gasphase durch die Membran.

Diffusionsbegrenzung nicht durch die Membran sondern durch Löcher zur

Limitierung des Gasstromes

Elektroden sind aus gefälltem/gesintertem Pt, damit wegen hohem Diff.koeffizient große Oberfläche vorhanden, damit das komplette Gas umgesetzt wird (1. Ficksches Gesetz)

Gelöst O2- Sensor in Wasser kann nicht austrocknen

4.3 Was sind die Stärken und Schwächen des Sensortyps? Begründen sie warum dieser Sensortyp oft als Sensorarray Anwendung findet.

Vorteile: Klein im Aufbau

Preiswert geringer Energieverbrauch kann mit Batterie betrieben werden nicht Abhängig von der relativen Luftfeuchtigkeit hohe Sensitivität (0-100 ppm, bei kleinen Bohrungen bis 2000 ppm Gute Langzeitstabilität

Nachteile:

Kontakt zu Umgebungsluft notwendig Innenelektrolyt kann austrocknen Selektivität des Einzelsensors oft unzureichend daher oft Array

4.4 Beschreiben sie das numerische Auswerteverfahren eines Sensorarray von elektrochem. Gasmesszellen. Warum ist dieses Verfahren verhältnismäßig einfach? Geben sie ein Anwendungsbeispiel an.

Schonsteinfeger Abgasmessung in Öfen

4.5 In welchen Anwendungsfällen setzt man vorteilhafter weise elektrochem. Gassensoren ein (nennen sie min. 2 typ. Applikationskriterien)

Bei der Messung von toxischen Gasen. Hohe Sensitivität und kleine Bauform, bei Anwendung im bereich des Arbeitsschutzes in Gefahrenbereichen.

4.6 Angenommen sie haben einen HCN- Gassensor vorliegen, dessen Messbereich mit 0- 50ppm angegeben ist. Welche einfache Maßnahme ergreifen sie, um den Messbereich auf 0-5000ppm auszudehnen. Begründung.

Durch verkleinern der Löcher vor der Membran kommt es zur Diffusionsbegrenzung zeIG = -DAze/d

5 Pellistor (Wärmetönungssenor)

5.1 Zwei Messschaltungen wurden in der Vorlesung besprochen. Skizzieren sie beide Schaltungen, beschreiben sie kurz die Detektionsmethode, geben sie die Abhängigkeit des Messsignals von der Gaskonzentration allgem. an und

geben sie die Vor- und Nachteile gegenüber der jeweils anderen Schaltung an.

5.1.1 Messung bei konst. Brückenspannung

Vorteil

Temperaturkompensation Nachteil: siehe unten

5.1.2 Messung bei konst. Widerstand (Isotherm)

Vorteil

liefert wegen ΔP = Pa – Pf= rΔH direkten Zusammenhang zu chem. erzeugten

Wärmeleistung Nachteil

keine Kompensation bei sich ändernden Umgebungseinflüssen (Temperatur)

5.2 Skizzieren sie den Aufbau der Sensormesszelle. Welche Funktionen hat die Metallsinterplatte und aus welchen Gründen wirkt sie sich vorteilhaft auf die Signalstabilität aus?

Die Sinterplatte dient zum einen zur Diffusionsbegrenzung und damit ist die Änderung der Katalysatoraktivität über einen längeren Zeitraum konst. Das Messsignal ist damit unabhängig von kleinen Änderungen der Katalysatortemperatur. Dient auch zum Ex- Schutz, falls es doch einmal innerhalb des Sensors zu einer Kettenreaktion kommen sollte, wird diese an der Sinterplatter gestoppt. Messsignal nur noch von Diffusion und nicht von Konvektion abhängig.

5.3 Was bedeutet UEG? Erläutern sie warum mit diesem Sensortyp immer %UEG gemessen wird, unabhängig von der Gasart

Unter Explosions- Grenze da: ΔrH*c ≈ 4500 damit ist ΔVUEG ≈ konst.

5.4 Warum stellt das Sensorsignal ein Maß für die Explosionsneigung eines Gemisches dar?

Sobald ein bestimmtes Gas- Luft- Mischungsverhältnis erreicht ist, wird viel chem. erzeugt Wärmeleistung erzeugt. Je höher die Wärmeleistung, desto größer ist die Kettenreaktion Explosionsneigung

5.5 Was sind die Stärken, was sind die Schwächen des Messprinzips verglichen mit dem MOG?

Vorteile MOG: Messbereich <1ppm – ca. 5000pm (Pellistor ca. 1000-2000ppm) geringe Stromaufnahme

Vorteil Pellistor:

Messsignal unabhängig der relativen Luftfeuchte reagiert nicht auf alle oxidierbaren/ reduzierbaren Stoffe VUEG unabhängig der Gasart

5.6 Welche Baugrößen bestimmen die Empfindlichkeit? Begründung.

Sie katalytisch aktive Oberflächen der Peelistorperle (groß) Dicke der Sinterplatte Einfluss auf den Diffusionsfluss Durchmesser der Sensorperle (klein) weniger Wärmeverlust

6 Desinfektion von Wässer

6.1 Mit welcher Chemikalie wird meist desinfiziert? Wie reagiert diese im Wasser und welches Reaktionsprodukt wirkt desinfizierend?

NaOCl + H2O NaOH + HOCl (Undissoziert wirkt desinfizierend) pH steigt

6.2 Warum muss die Konzentration der desinfizierenden Substanz ständig sensorisch Überwacht werden?

HOCl + H2O OCl- + H3O+

Da HOCl gemessen wird muss festgestellt werden ob HOCl aufgebraucht (gebunden) wurde bzw. entgast ist oder ob es Dissoziert ist zu OCl-. Deshalb muss auch der pH- Wert gemessen werden. Da aber HOCl ein ca. 30 mal höheres Desinfektionsvermögen hat sollte der pH-Wert

unter 7.55 gehalten werden. Über [ ] [ ]

[ ] 55,7_3 =⇒=

−+

sS pKHOCl

ClOOHK

Abnahme von HOCl durch:

Temperatur wird auch noch mit gemessen (vermutlich wegen Löslichkeitsprodukt)

6.3 Skizzieren sie den Sensor mit Materialien und erklären sie die Funktion. Kann der Sensor direkt ins Becken messen?

Kann nicht direkt im Becken gemessen werden, weil dabei keine konst. Konvektion, evtl. zu wenig HOCl an der Membran. Aufbau: Amperometrische Messzelle mit 2 Elektroden. Au- Kathode Anode Ag/AgCl Innenelektrolyt 0,2 M KCl

6.4 Der Sensor misst mit 2 Elektroden. Was ist grundsätzliche Nachteil zum 3-Elektroden- Prinzip und unter welchen Umständen ist das 2-E- Prinzip akzeptabel?

Nachteil: Strombelastung der Ref- Elektrode Risiko des Potentialdriftes bei zu hohen Stromdichten (Buttler- Volmer)

Das 2-E-Prinzip kann aber eingesetzt werden, da der Messstrom sehr klein (einige 100 pA) und große Elektrodenoberfläche sehr geringe Stromdichte

6.5 Nennen sie Vor- und Nachteil der Desinfektion mit ClO2 im Vergleich zu HOCl

Vorteile von ClO2 wesentlich geringere Neigung zu Bildung von gebundenem Chlor geringere

Dosierung möglich und geringe Risiken sehr gute Entkeimungswirkung in pH- 6-9

Nachteile

Nicht lagerbar muss Vorort hergestellt werden Kann Trihalomethan (THM) bilden

6.6 Sensorsystem Es wird NaOCl dosiert HOCl NaOCl + H2O HOCl + NaOH HCl für pH- Wert Ausgleich NaOH + HCl NaCl + H2O