Nicht nur Spezialgase oder Gase in ihrer reinsten Form, sondern auch Gasgemische werden für zahlreiche Routineanwendungen wie beispielsweise für diverse Analysegeräte und Laseranwendungen sowie für den Betrieb von Zählrohren. Der österreichische Gasespezialist Messer Austria fungiert bereits seit mehreren Jahrzehnten als der verlässliche Partner für die heimische Industrie und bietet ein umfangreiches Programm an unterschiedlichen Gasgemischen an.
Roland Papst – Leiter Spezialgase Messer Austria
Messer Austria verfügt als heimischer Anbieter über eine Produktion in Österreich. Die Messer Group ist mit mehr als 60 operativen Gesellschaften in 30 Ländern Europas und Asiens sowie in Peru, Algerien und Neuseeland aktiv und damit weltweit das größte familiengeführte Unternehmen in diesem Segment.
„Unsere Produkte sind durch besonders hohe Qualitätsanforderungen geprägt, die von Messer konsequent verfolgt werden“, erläutert Roland Papst, Leiter des Bereichs Spezialgase bei Messer Austria in Gumpoldskirchen. „So verfügen beispielsweise alle unserer europäischen Werke über eine Zertifizierung nach ISO 9001 und viele auch über die Laborakkreditierung nach ISO 17025. Und durch die dezentrale Produktion stellen wir einerseits die markt- und kundennahe Fertigung unserer Produkte sicher und andererseits wird dadurch die gleichbleibend hohe Qualität der Produkte gewährleistet.“ Messer Austria bietet aber auch sämtliche für den Einsatz der Gase und Gasgemische notwendigen Armaturen und Gasversorgungssysteme an.
Tecline, Labline, Topline und Traceline – die Gemischkategorien
So verschieden die Anwendungsbereiche sind, so unterschiedlich sind auch die Anforderungen an die jeweiligen Gasgemische selbst. Dementsprechend bietet Messer Austria neben den zahlreichen Standardgemischen auch individuelle Gemische für Anwendungsbereiche wie beispielsweise den Betrieb von empfindlichen Analysegeräten in der Umweltanalytik, in der Sicherheitstechnik oder der Qualitätssicherung, her. „Auch diese Produkte werden von Messer genau nach Kundenspezifikation und stets unter Wahrung der enorm hohen unternehmenseigenen Qualitätsstandards gefertigt“, versichert Roland Papst.
Toleranz, Unsicherheit und Stabiltätszeitraum der einzelnen Produkte werden über unterschiedliche Kategorien definiert. So werden zum Beispiel Gemische der Kategorie Tecline als Betriebs- oder Prozessgase eingesetzt. Gemäß einer Standardspezifikation werden sie ohne Zertifikat geliefert. In der Kategorie Labline sind individuelle Gasgemische mit Zertifikat zusammengefasst. Während die Toleranz bei ±5% liegt, beträgt die Unsicherheit des Ist-Werts üblicherweise ±2%. „Für hochpräzise Messaufgaben empfehlen wir die Kalibrierung mit Gemischen der Kategorie Topline mit einer Unsicherheit von besser als ±1%“, so Roland Papst. „Für die Spurenanalytik bieten wir die Kategorie Traceline mit Konzentrationen im ppb-Bereich an.“
Die Herstellungsverfahren
Gravimetrische Herstellung von Gasgemischen bei Messer Austria
Zur Produktion seiner Gasgemische setzt das österreichische Traditionsunternehmen Messer Austria unterschiedliche Methoden ein. Dazu zählen die dynamischen Verfahren, die manometrische Abfüllung sowie die gravimetrische Methode. Mittels der dynamischen Verfahren werden große Serien eines bestimmten Gasgemisches hergestellt und abgefüllt. Bei diesem Verfahren werden zwei oder mehrere Volumenströme der Komponenten und des Trägergases über Massendurchflussregler eingestellt und in einer Mischkammer homogenisiert, um die Bildung von Komponentenschichten im Druckgasbehälter zu verhindern.
Bei der manometrischen Abfüllung werden die Partialdrücke der Komponenten gemäß dem Raoult’schen Gesetz addiert. Der Druckanstieg im Behälter wird hierbei während und nach der Zugabe der Komponenten gemessen. Die Herstelltoleranz bei dieser sehr flexiblen Methode, mit der sämtliche Gemischtypen hergestellt werden können, hängt von der Genauigkeit der eingesetzten Manometer sowie der Temperaturmessung ab. Bei der gravimetrischen Methode werden die einzelnen Komponenten hingegen nach ISO 6142 (Gasanalyse – Herstellung von Prüfgasen – Wägeverfahren) eingewogen.
„So erhält man unmittelbar die Massenanteile, die in Stoffmengenanteile umgerechnet werden können. Das Wägeverfahren ist eines der genauesten physikalischen Messverfahren überhaupt“, erläutert Roland Papst die Vorteile dieser Methode, mit der die Herstellung von Gasgemischen höchster Präzision möglich ist.
In den meisten Fällen werden die einzelnen Komponenten der Gasgemische mittels Direktdosierung nacheinander in die Druckgasflasche gefüllt. Bei sehr niedrigen Gehalten leichter Substanzen, oder wenn eine Direktdosierung nicht zu der gewünschten Genauigkeit führen würde, werden ein oder mehrere gravimetrisch hergestellte Vorgemische mit höheren Gehalten der gewünschten Komponente zur Produktion des jeweiligen Gemisches herangezogen.
Gasgemische mit Kalibrierschein
Das Labor von Messer Austria verfügt über sämtliche technischen und organisatorischen Kompetenzen, die zur Durchführung derartig sensibler Kalibrieraufgaben notwendig sind. „Zur Sicherstellung der Qualität der Kalibrierergebnisse sind wir außerdem zu einer regelmäßigen Teilnahme an Vergleichsprogrammen zwischen Laboratorien (Ringversuchen) oder an Eignungsprüfungen verpflichtet“, erläutert Roland Papst und verweist auf die wesentlichen Qualitätsmerkmale der Gasgemische aus einem akkreditierten Labor mit einem Kalibrierschein: „Die Rückführbarkeit der Zusammensetzung der Gasgemische auf nationale Normale und die Ermittlung der Unsicherheit nach einem anerkannten Verfahren.“
Die elementare Voraussetzung für die Richtigkeit der zertifizierten Werte bzw. für die korrekte Ermittlung der Unsicherheiten ist die Sicherstellung der Rückführbarkeit der Komponenten des Gasgemisches auf das Normale eines nationalen metrologischen Instituts oder auf das internationale Einheitensystem SI (Système international d’unités). „Bei gravimetrisch hergestellten Gasgemischen erfolgt die Sicherstellung der Rückführbarkeit auf die SI-Größe ‚Masse‘ durch Kalibrieren der verwendeten Waage mit zertifizierten Massenormalen. Die gravimetrisch erzeugten Gasgemische, sind direkt auf das nationale Massenormal des betreffenden Herstellerlandes rückführbar“, so Papst.
„Wird die Zusammensetzung eines Gasgemisches nach manometrischer Herstellung durch die anschließende Analyse ermittelt, beruhen deren Ergebnisse auf den in unseren Laboratorien verwendeten Kalibriergasen. Hierzu kommen ausschließlich hochgenaue, gravimetrisch hergestellte Gasgemische zum Einsatz, wobei die Ergebnisse auch hier wieder auf das Massenormal rückführbar sind.“
Unsicherheit der Zusammensetzung
Kalibrierung der eingesetzten Waagen
Bei der Kalibrierung von Gasgemischen kommt es auch zu gewissen Ungenauigkeiten hinsichtlich der konkreten Zusammensetzung – die sogenannte Unsicherheit. Bei der manometrischen Herstellung bzw. der analytischen Bestimmung der Zusammensetzung sind vor allem die verwendeten Kalibriergase bzw. Referenzmaterialien sowie die analytische Vergleichsmessung die entscheidenden Faktoren, die zu etwaigen Unsicherheiten führen.
Beim gravimetrischen Verfahren sind diese die Wägung der Massen der einzelnen Komponenten, die Reinheit der Komponenten selbst sowie etwaige Änderung der Luftdichte und damit des Auftriebs des Zylinders. Aber auch Temperatur- und Luftdruckschwankungen oder eine nicht gleichbleibende Luftfeuchtigkeit bzw. ein möglicher Massengewinn respektive -verlust der Druckgasflaschen während der Wägung sind entscheidend für die Sicherheit der Zusammensetzung des Gemisches.
„Die Unsicherheit der Zusammensetzung wird gemäß der Vorgehensweise des BIPM/ ISO ‚Guide to the Expression of Uncertainties in Measurement‘ aus allen signifikanten Einflussgrößen ermittelt“, beschreibt Roland Papst den Vorgang. „Für Kalibriergase ist es üblich, die ‚erweiterte Messunsicherheit‘ (U=k*s, s: Standardabweichung) mit dem Erweiterungsfaktor k=2 anzugeben. Mit der Wahl dieses Erweiterungsfaktors wird statistisch ein Vertrauensintervall von etwa 95% für die angegebene Zusammensetzung erzielt.“
Service und Beratung
Die Qualität der Kalibriergasgemische ist allerdings nicht nur von Herstellung und Analyse abhängig, auch die Lagerung und die gesamte Handhabung können einen erheblichen Einfluss auf die Güte der Produkte haben. „Die richtige Wahl des Gasversorgungssystems ist daher ebenso wichtig wie die sorgfältige Entnahme des Kalibriergasgemisches“, betont Roland Papst und versichert, dass alle Mitarbeiter des österreichischen Industriegasespezialisten Messer Austria stets „die optimale Lösung für die individuellen Anforderungen unserer Kunden ausfindig machen“, getreu der Unternehmensphilosophie: „Wir machen unsere Kunden noch erfolgreicher“, so Roland Papst.
Messer Austria bietet seine Gasgemische je nach Anforderung und Wunsch auch in unterschiedlichen Druckgasbehältern mit dem jeweils zum Gasgemisch passenden Behälter- und Ventilmaterials an. Häufig kommen die 2-, 10- oder 50-Liter Aluminiumflaschen mit Edelstahlventil und einem Fülldruck von 150 bar zum Einsatz.
Dieser Artikel erscheint in Zusammenarbeit mit der Firma Messer Austria für die Messer Themenwoche im September 2018. Text und Fotos wurden von der Firma Messer zur Verfügung gestellt.
