NDIR-Gasanalyse

NDIR (nichtdispersive Infrarotspektroskopie) misst IR-absorbierende Gase wie CO, CO₂, CH₄ und SO₂. Das Verfahren ist in kontinuierlichen Emissionsmesssystemen (CEMS) und in der Prozessanalytik weit verbreitet; die Selektivität hängt von der optischen Auslegung und der Gaszusammensetzung ab.

Zuletzt aktualisiert: 18. Oktober 2026

Definition

Ein NDIR-Fotometer (Non-Dispersive Infrared) ist ein Gasanalysator, der die charakteristische Infrarotabsorption eines Zielgases in einem ausgewählten Spektralbereich misst — ohne dispersives Element wie Prisma oder Gitter. Die Methode dient zur Konzentrationsmessung IR-aktiver Gase wie CO₂, CO oder SO₂.

Funktionsprinzip

IR-Licht einer Strahlungsquelle durchläuft eine Messzelle, durch die das zu analysierende Gas strömt. Bei filterbasierten Geräten wählt ein optischer Bandpassfilter einen Spektralbereich aus, in dem das Zielgas absorbiert. Andere Bauformen nutzen gasgefüllte Empfänger oder Gasfilter zur spektralen Selektion. Ein Detektor erfasst die verbleibende Strahlungsintensität — bei gleicher optischer Weglänge, Temperatur und gleichem Druck nimmt die Absorption mit der Konzentration des Zielgases zu.

Grundlage ist das Lambert-Beer-Gesetz. Da reale NDIR-Geräte einen endlichen Spektralbereich auswerten, wird die Konzentration über eine gerätespezifische Kalibrierung bestimmt. Referenzsignale können Drift reduzieren; sie ersetzen weder die Kalibrierung noch die Berücksichtigung von Druck, Temperatur und störenden Gaskomponenten.

Typische Bauvarianten

Bauvariante	Funktionsweise
Einstrahlfotometer	Ein Strahlengang, ein Detektor; einfache, kompakte Bauform
Bifrequenz-Messtechnik	Mess- und Referenzsignale werden mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen erfasst und getrennt ausgewertet; dies kann Drift reduzieren
Gasfilterkorrelations-Messtechnik	Ein mit Zielgas gefüllter Filter und ein Vergleichspfad werden abwechselnd in den Strahlengang gebracht; der Signalvergleich erhöht die Selektivität gegenüber überlagernden Absorptionsbanden

Auswahl ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Stärken und Grenzen

NDIR-Fotometer sind häufig robust, langlebig und vergleichsweise kostengünstig. Nachweisgrenze und Selektivität hängen jedoch von Zielgas, optischer Weglänge, Detektor und Gaszusammensetzung ab. Überlappende Absorptionsbanden, insbesondere von Wasserdampf, können Querempfindlichkeiten verursachen; verschmutzte Fenster und Kondensation können die Messung beeinträchtigen. Je nach Anwendung ist eine geeignete Probenaufbereitung erforderlich.

Homonukleare zweiatomige Gase wie O₂, N₂ und H₂ lassen sich mit konventioneller NDIR-Gasanalyse nicht direkt bestimmen. Bei sehr niedrigen Zielkonzentrationen oder komplexen Gasgemischen können Laserspektroskopie (z. B. TDLS), FTIR oder Gaschromatographie geeigneter sein; die Auswahl hängt von Messaufgabe und Randbedingungen ab.

Quellen

• Analog Devices: Complete Gas Sensor Circuit Using Nondispersive Infrared (NDIR), Robert Lee und Walt Kester, Oktober 2016 — Funktionsprinzip, Referenzkanal, Querempfindlichkeiten und Kalibrierung.
• Hamamatsu Photonics: NDIR gas sensing – Improve your detector design — optischer Aufbau und Lambert-Beer-Gesetz.