Messung von VOCs in Innenräumen mit low-cost Sensorik und Vergleich mit analytischen Messungen

Abstract

Der technologische Fortschritt und die Nachfrage nach kostengünstigen Sensoren für die Messung der Innenraumluftqualität bewegt immer mehr Hersteller dazu, digitale Halbleitergassensoren (engl.: metal oxide semiconductor gas sensors, kurz: MOS-Sensoren) auf den Markt zu bringen. Ziel dabei ist es, die Gesamtbelastung an VOCs (engl.: Volatile Organic Compounds, kurz: VOCs) im Innenraum zu messen oder einen Luftqualitätsindex auszugeben. Wir präsentieren hier die Ergebnisse einer Studie mit einem kommerziell verfügbaren Multisensor (SGP30, Sensirion AG), um die Möglichkeiten und Grenzen von MOS-Sensoren im Bereich der Innenraumluftqualitätsmessung aufzuzeigen. Grundlage dafür sind der temperaturzyklische Betrieb des Sensors (TCO, temperature cycled operation), eine umfassende, auf die Zielanwendung optimierte Kalibrierung mit randomisierten Gasgemischen sowie Methoden des maschinellen Lernens zur Modellbildung verschiedener Zielgrößen. Nach der Kalibrierung im Labor folgt ein Feldtest der Sensorsysteme in einem regulären Büroraum. Die Funktionsprüfung erfolgt über Freisetzungstests bei der Kalibrierung zuvor verwendeter Substanzen durch Verdampfung von Flüssigkeiten. Vergleichsmessungen mit analytischen Messsystemen – Thermodesorptions-Gaschromatographie-Massenspektrometer (TD-GC-MS) mit Probennahme auf Tenax (Adsorptionsröhrchen basierend auf dem Polymer Poly(2,6-diphenyl-p-phenylenoxid) (Rothweiler et al. 1991)), mobile Gaschromatographie Photoionisationsdetektor (GC-PID, X-pid 9500, Dräger Safety AG & Co KGaA) – sorgen für eine zusätzliche Validierung der Methodik. Rekalibrierungen im Labor dienen zur Kontrolle der Stabilität und zur Untersuchung des Langzeitverhaltens. Die optimierten Modellausgaben des SGP30 ermöglichen in Vor-Ort-Messungen die Bewertung der Gesamt-VOC-Belastung und die Quantifizierung wichtiger VOC-Stoffgruppen im Innenraum mit hoher zeitlicher Auflösung. Die dabei erzielte Messqualität ist mit analytischen Systemen vergleichbar.