Exponentielle Verdünnung

Eine Variante der statischen Methode besteht in einer dynamischen Verdünnung einer vorgegebenen Gaskonzentration c₀ durch eine definierte Beströmung V  eines Grundgases. Inder Abbildung unten ist eine solche Anordnung dargestellt. Das Grundvolumen V  der Kammer wird mit einem Prüfgas der Konzentration c₀ gefüllt. Alternativ kann diese Prüfgaskonzentration  auch durch die Injektion einer definierten Gasmenge über eine Spritze in das Grundvolumen V erzeugt werden. Für diesen Fall gilt:

Nach der Injektion muss das Gas noch homogenisiert werden. Dazu wird ein mechanisches Rührwerk benötigt, das die erforderliche  Durchmischung gewährleistet. Ist die Gaskonzentration stabil, kann mit dem eigentlichen Mischvorgang begonnen werden. Das Verdünnungsgas wird in den Behälter eingespeist und vermischt sich mit dem darin befindlichen Kalibriergas der Konzentration c₀. Unter der Voraussetzung, dass sich die Gase ideal vermischen, erhält man Ausgang eine exponentiell abfallende Gaskonzentration c(t) gemäß:

Diese Methode wurde bereits 1960 von Lovelock beschrieben und 1970 von Otte und Jentsch für die Linearitätsprüfung von GC-Detektoren weiterentwickelt. Ritter beschrieb 1976 in einer umfassenden Abhandlung diese EDF-Methode  zur Prüfung von FID´s und ließ sich auch eine Anordnung dazu patentieren (Ritter 1975 ).

Prinzipieller Aufbau einer Gasmischeinrichtung nach dem Verfahren der exponentiellen Verdünnung. Rechts ist der experimentelle Aufbau dargestellt, der von Hünnemeyer und Drees, im Rahmen von Abschlussarbeiten an der Fachhochschule Dortmund, erstellt wurde.

Der Konzentrationsverlauf c(t) am Ausgang der Mischeinrichtung verhält sich gemäß der obigen Gleichung, wenn eine vollständige Durchmischung gewährleistet werden kann. Der theoretische Verlauf ist im unteren Diagramm  für ein Kammervolumen V=1Liter dargestellt. Der Volumenstrom V  der Verdünnungsgases wurde auf  1L/min. festgelegt. Nach der Zeit t= 60s  ist der Konzentrationswert c(t) auf den Wert 1/e =367,9 ppm abgefallen. In der Abbildung wurde zur besseren Ablesung der Kurvenverlauf, unterhalb von 100 ppm, auf der Sekundärachse verlegt. Nach insgesamt 280 Sekunden wird dann der 1%-Wert unterschritten, der im Normalfall durch die Nachweisgrenze limitiert ist. Nach 5 Minuten ist also die gesamte Kennlinie aufgezeichnet worden und kann mit nahezu beliebig vielen Stützpunkten dargestellt werden. Mit einem entsprechenden Rührwerk wird eine Reproduzierbarkeit von < 1% erzielt (Ritter 1976).  Eine wesentliche Voraussetzung zur Nutzung dieser Methode ist ein schnelles Ansprechverhalten des Analysators und ein im Vergleich zum Grundvolumen V kleines Messkammervolumen.