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Ionische Flüssigkeiten als neuartige Sensorbeschichtung für coulometrische Spurenfeuchtesensoren
(2018)
Die Arbeit präsentiert erste Messungen mit coulometrischen Sensoren, die mit einer ionischen Flüssigkeit beschichtet sind. Diese Sensoren werden in der Industrie verwendet, um die Spurenfeuchte in unterschiedlichen Gasen zu messen. Normalerweise erfolgt eine Beschichtung der Sensoren mit Phosphorpentoxid und dessen Hydrolyseprodukte. In dieser Arbeit wurde stattdessen eine hygroskopische ionische Flüssigkeit benutzt. Die generierte Gasfeuchte für die Untersuchungen betrug bezogen auf die Frostpunkttemperatur -80 °C bis -30 °C, was gleichbedeutend mit einem Wasserdampf-Stoffmengenanteil von 0,5 μmol·mol-1 bis 376 μmol·mol-1 ist. Zusätzlich zu der Messung mit coulometrischen Sensoren erfolgte eine Referenzmessung der Gasfeuchte mittels eines Taupunkthygrometers. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass es möglich ist mit dieser Art der Beschichtung unterschiedliche Gasfeuchten zu messen. Aber es ergaben sich trotz gleicher Feuchte unterschiedliche Signalintensitäten bei den benutzen Sensoren und es zeigte sich eine Drift des Sensorsignales.
Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) ist eine der meist verbreiteten Methoden zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Festkörpern und dünnen Schichten. Durch die technologische Weiterentwicklung energiedispersiver Röntgenspektrometer wurde die Leistungsfähigkeit auch im niederenergetischen Bereich unter 1 keV verbessert. Geeignete Testmaterialien zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit im niederenergetischen Bereich in Übereinstimmung mit ISO 15632 sind kaum vorhanden und basieren hauptsächlich auf C K und F K Linien. Um gültige Resultate aus akkreditierten und zertifizierten Prüf- und Kalibrierlaboratorien in Übereinstimmung mit ISO/IEC 17025 zu gewährleisten sind regelmäßige Funktionsprüfungen der Spektrometer notwendig.
In einer Machbarkeitsstudie wurde die Eignung einer bestimmten Substanz-klasse, nämlich ionische Flüssigkeiten, als Referenzmaterial zur routinemäßi-gen Überprüfung der Energieskala, der Energieauflösung und der Spektrometer Effizienz untersucht. Es kann gezeigt werden, dass mit einer einzigen Messung an einem einzigen Referenzmaterial mehrere Geräteparameter überprüft werden können. Damit ist es im niederenergetischen Bereich möglich regelmäßige Funktionsprüfungen von Spektrometern durchzuführen, aber auch die Leistungsfähigkeit verschiedener Spektrometer zu vergleichen. Beides kann sehr effizient durch einen einfachen qualitativen Vergleich mehrerer Spektren erreicht werden. Durch die Verwendung von ionischen Flüssigkeiten als Referenzmaterial, deren Stöchiometrie genau bekannt ist bzw. zertifiziert werden kann, können eventuell sogar die gängigen Modelle zur Matrixkorrektur validiert werden. Auch wäre eine Neubewertung von Fundamentalparametern (Fluoreszenzausbeute, Massenschwächungskoeffizienten usw.) von Elementen niedriger Ordnungszahl möglich.