DE10009969C2

DE10009969C2 - Sensorelement und Verfahren zur quantitativen Erfassung von Quecksilber

Info

Publication number: DE10009969C2
Application number: DE2000109969
Authority: DE
Inventors: Klaus Eden; Gerhard Wiegleb; Kwan Schambach
Original assignee: GEMINUS E G GES fur MAN INNOV
Current assignee: GEMINUS E G GES fur MAN INNOV
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: DE10009969A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement zur quantitativen Erfassung von Quecksilber gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur quantitativen Erfassung von Quecksilber nach dem Gold-Amalgam-Verfahren gemäß Oberbegriff des An spruches 20.

Quecksilber ist auch heute noch ein sehr vielfältig verwendetes Material, das in einer Vielzahl von Werkstoffen bzw. Geräten in der Technik und in der Medizin verwendet wird und dort wertvolle Dienste verrichtet. Allerdings ist insbesondere bei der Her stellung der Werkstoffe bzw. Geräte und dgl. sowie bei dem späteren Gebrauch oder auch bei unsachgemäßer Behandlung die Gefährdung von Personen durch aus den Werkstoffen oder Geräten austretende Quecksilberdämpfe nicht auszuschließen und auch nicht zuverlässig zu umgehen. Da Quecksilber in atomarer Form aufgrund der Eigenschaften des Quecksilbers z. B. bei austretendem flüssigen Quecksilber sehr leicht in die Umgebungsluft gelangen kann, ist aufgrund der Toxizität des Quecksil bers auch schon bei geringen austretenden Quecksilbermengen eine Gefährdung in der Nähe befindlicher Personen möglich.

Typische Anwendungen von Quecksilber erfolgen beispielsweise in der Geräte- und Apparatetechnik zur Herstellung von Quecksilberdampflampen, Schaltern, Batterien, Gleichrichtern und dgl.. Weiterhin wird es in der Verfahrenstechnik als Kathoden material z. B. bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse und zum Herauslösen von Gold und Silber aus edelmetallhaltigem Sand eingesetzt. Da das Quecksilber auch als Abfall produkt in Müllverbrennungsanlagen gelangen kann, wird es bei diesem Verbren nungsprozeß ebenfalls freigesetzt. Im medizinischen Bereich wird es beispielsweise zur Herstellung von Blutdruckmeßgeräten, Manometern und Thermometern einge setzt. Silber-Amalgam, eine Legierung aus Quecksilber und Silber, wird in der Zahnmedizin als meist gebrauchte Zahnfüllung genutzt.

Die gesetzlichen Vorgaben zum Schutz von Personen und Umwelt werden durch den MAK-Wert, die sogenannte maximale Arbeitsplatzkonzentration mit einem Grenzwert von 50 ppb und dem Bundesemissionsschutzgesetz (BImSchG) mit ei nem Grenzwert von 0,05 mg/m³ geregelt. Um diese Werte meßtechnisch erfassen zu können, müssen entsprechende Meßgeräte eingesetzt werden, die eine ausreichen de Nachweisempfindlichkeit besitzen und die entsprechenden Genauigkeitsanforde rungen erfüllen. Hierzu wird der Nachweis von gebundenem Quecksilber in Abwäs sern beispielsweise durch die Zugabe eines Reduktionsmittels wie Zinn-II-Chlorid, Natriumborhydrid und Probenaufschluß HCl, H₂SO₄, KMnO₄, H₂O₂ oder Fentons's Reagenz durchgeführt. Bei photometrischen Nachweismethoden wird das Quecksil ber dann durch Ausgasung in der Dampfphase ermittelt und durch Rückrechnung auf die Flüssigphase geschlossen. Für diesen Weg ist allerdings eine sehr stabile Temperatur in der Flüssigphase wichtig.

Das heute bekannteste Verfahren zur Quecksilberanalyse ist die Atom-Absorbtions- Spektroskopie (AAS), bei der die Lichtschwächung eines Quecksilber-Niederdruck strahlers durch den gasförmigen Quecksilberdampf erfaßt wird. Dieses Verfahren hat jedoch einige Nachteile, die insbesondere bei einem Einsatz in der Schnellanalytik zum Tragen kommen. Beispielsweise sind durch den apparativen Aufwand derartige Geräte nicht für einen schnellen, mobilen Einsatz vor Ort geeignet, auch sind durch das Verfahren Querempfindlichkeiten zu Ozon und aromatischen Kohlenwasser stoffen vorhanden, die das Meßergebnis verfälschen können. Messungen in Abwäskönnen nur indirekt durch das Austreiben des Quecksilbers in die Gasphase erfolgen.

Es ist weiterhin als Möglichkeit bekannt, Quecksilber über das sogenannte Gold- Amalgam-Verfahren zu erfassen, bei dem ein Goldfilmwiderstand durch die Beaufschlagung mit Quecksilberdampf partiell in einer dünnen Grenzschicht am Rande zu Amalgam umgewandelt wird. Durch diese Umwandlung ändert sich der Widerstandswert des Goldfilmwiderstandes, der als Sensor somit eine quantitative Aussage über den Quecksilbergehalt erfaßbar machen kann. Für eine kontinuierliche Messung muß der Goldfilmwiderstand dann durch eine kurze Aufheizphase wieder regeneriert werden, um einen neuen Meßvorgang starten zu können. Die Regenerierungsphase dauert dabei typischerweise etwa 10 Minuten, wobei bei diesem Verfahren Widerstandsänderungen von etwa 4 × 10^-5 für einen 20 nm dicken Goldfilm bei einer Konzentration von 1 ng Quecksilber gemessen wurden. Hierbei war die Kennlinie von etwa 10^-11 g bis 10^-7 g etwa linear. Von Nachteil an der bekannten Ausgestaltung des Quecksilber-Amalgam-Verfahrens ist es, daß die Umgebungseinflüsse, wie z. B. die Temperatur einen wesentlichen Einfluß auf den beobachteten Meßeffekt ausüben. Schon geringe Temperaturdifferenzen können zu großen Veränderungen der gemessenen Quecksilberkonzentration führen, so daß das Quecksilber-Amalgam-Verfahren in der bisher bekannten Ausgestaltung insbesondere auch für die Schnellanalytik nicht geeignet erscheint.

In der US 5 597 535 ist eine Vorrichtung zur quantitativen Erfassung von Quecksilber mit einer Goldschicht zur Bildung von Gold-Quecksilber-Amalgam beschrieben, die mittels eines Spektrometers indirekt eine Erfassung von Quecksilberanteilen erlaubt. Diese Anordnung ist aufwendig und erfordert hohen Kalibrationsaufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Sensorelement und ein Verfahren zum Betreiben des Sensorelementes auf der Basis des Gold-Amalgam- Verfahrens weiterzuentwickeln, bei dem die Erfassung einer Quecksilberkonzentration mit geringem gerätetechnischen Aufwand und möglichst vor Ort erfolgen kann, wobei insbesondere die bei einer Messung vor Ort nicht zu umgehenden Umgebungsbedingungen einen möglichst geringen Einfluß auf die Meßgenauigkeit haben sollen.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung hinsichtlich des Sensorelementes geht aus von einem Sensorelement zur quantitativen Erfassung von Quecksilber, das nach dem Gold-Amalgam- Verfahren arbeitet, bei dem an einer dünnen Goldschicht atomares Quecksilber mit dem Gold Amalgam bildet und dabei den elektrischen Widerstand der Goldschicht ändert. Ein derartiger gattungsgemäßer Sensor wird in erfindungsgemäßer Weise dadurch weitergebildet, daß die Goldschicht aufgeteilt in Teilflächen in Form einer Brückenschaltung auf eine dünne Trägermembran aufgebracht ist, wobei unter der Goldschicht eine separate Heizschicht angebracht ist, die zur Regeneration der Goldschicht nach der qualitativen Erfassung des Quecksilbers über das Anlegen ei ner elektrischen Spannung erwärmbar ist, wobei Goldschicht, Trägermembran und Heizschicht auf einem Substrat aufgebracht sind und zumindest unter dem von der Goldschicht überdeckten Bereich das Substrat einen flächigen Durchbruch aufweist. Durch diese Gestaltung des Sensorelementes wird es möglich, eine thermische Ein flüsse direkt kompensierende Brückenschaltung und die als Sensor dienenden Teilflächen der Goldschicht gemeinsam im Bereich der Einwirkung des Quecksilbers auf die Goldschicht vorzusehen, so daß thermische Einflüsse direkt innerhalb der Brückenschaltung kompensiert werden und das Meßergebnis nicht mehr beeinflus sen. Durch die unter der Goldschicht vorgesehene separate Heizschicht wird es möglich, zur Regeneration der Goldschicht nach der quantitativen Erfassung des Quecksilbers allein durch Anlegen einer entsprechenden elektrischen Spannung die Heizschicht und damit die darüberliegende Goldschicht auf eine Temperatur zu er wärmen, die den Regenerationsprozeß in Gang setzt und somit dafür sorgt, daß die Goldschicht wieder in den ursprünglichen, nicht durch Gold-Amalgame beeinflußten Ausgangszustand übergeht. Insbesondere für den Einsatz in Meßgeräten zur Feld messung ist es von Vorteil, wenn die zur Erwärmung der Goldschicht benötigte elek trische Energie dadurch reduziert wird, daß die Trägermembran und die Heizschicht auf einem Substrat aufgebracht sind, das im Bereich zumindest unter dem von der Goldschicht überdeckten Teil des Substrates einen flächigen Durchbruch aufweist, so daß Temperaturverluste durch ein nicht zu vermeidendes Aufheizen des Substrats unterhalb der Heizschicht vermieden werden und dadurch die benötigte Heizleistung für das Erwärmen nahezu ausschließlich auf die Goldschicht und die Trägerschicht wirkt und durch die dünne Gestaltung dieser Schichten äußerst gerin ge Werte annehmen kann. Hierdurch kann schon mit geringen Leistungen eine ausreichende Temperaturerhöhung der Goldschicht zur Regeneration herbeigeführt werden, die auch einen Dauerbetrieb eines derartigen erfindungsgemäßen Senso relementes im Feld ermöglicht. Insbesondere bei langdauernden Messungen, die beispielsweise für die Messung von MAK-Werten im Arbeitsschutzbereich vorausge setzt werden, kann dann mit einem derartigen Handgerät im Feld frei gearbeitet wer den.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die dünne Trä germembran aus einem Siliziumnitrid gebildet ist, das sich durch einfache Weise in Dünnschichttechnik beispielsweise auf Siliziumsubstraten aufbringen läßt. Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn als Heizschicht eine Schicht aus Polysilizium unter der Gold schicht angeordnet ist, das sich schon durch gering angelegte Spannungen auf aus reichende Temperaturen erhitzen läßt, die eine Regeneration der darüber angeord neten Goldschichten erlaubt. Es versteht sich von selbst, daß neben den Materialien Siliziumnitrid für die Trägermembran und Polysilizium für die Heizschicht ebenfalls weitere, insbesondere aus der Mikrostrukturtechnik und der Dünnschichttechnologie bekannte Materialien hierbei Verwendung finden können, um die Trägermembran und die Heizschicht zu bilden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Goldschicht eine Dicke im Bereich von etwa von 10-100 nm aufweist, da dann der Meßeffekt nur in der Rand zone der Goldschicht auftritt. Durch diese Einlagerung von Quecksilber in der Grenzschicht wird dann die Widerstandsänderung der Goldschicht bewirkt, die sich in der Änderung des gesamten Widerstandes der Goldschicht äußert. Bei dickeren Schichtdicken der Goldschicht reduziert sich der auswertbare Meßeffekt, da sich in diesem Fall eine Parallelschaltung zwischen einem Quecksilbersensitiven Wider stand (R_HG) und einem unbeeinflußten Widerstand (R_X) bildet. Da der unbeeinflußte Widerstand R_X in diesem Fall wesentlich kleiner ist als der sensitive Widerstandsbe reich R_HG führt der Meßeffekt ΔR aufgrund einer als Modell anzunehmenden Parallel schaltung zu einem geringeren Meßeffekt als bei einer ausreichend dünnen Gold schicht.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß die Brückenschaltung in Form einer Wheatstone-Vollbrücke mit einer Aufteilung der Goldschicht in vier die Widerstände der Wheatstone-Vollbrücke bildenden Teilflächen aufgebaut ist. Die Wheatstone- Brücke ist als bekannteste Brückenschaltung sehr vielfältig einsetzbar und bietet die Gewähr dafür, daß z. B. Temperatureffekte, die auf alle vier Teilflächen der Wheatstone-Vollbrücke einwirken, sich in der Wheatstone-Brücke selbst kompensie ren und dadurch das aus der Messung der Wheatstone-Brücke ermittelbare Signal nicht unzulässig verfälschen. Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung von Vorteil, wenn die vier in Form der Wheatstone-Vollbrücke aufgeteilten Teilflächen einander nah benachbart auf der Trägermembran aufgebracht sind, da dann davon auszuge hen ist, daß alle vier Teilflächen der Goldschicht der Wheatstone-Vollbrücke in etwa den gleichen Temperaturbedingungen unterliegen.

Von Vorteil ist es, wenn zwei der vier in Form Wheatstone-Vollbrücke aufgeteilten Teilflächen der Goldschicht zum Abgleich der Wheatstone-Brücke dienen und nicht der Exposition der Quecksilberatome ausgesetzt sind und die beiden anderen Teilflächen als aktive Teilflächen der Goldschicht z. B. einem vorbeiströmenden Fluid ausgesetzt sind. Hierbei können die zwei nicht dem Quecksilber auszusetzenden Teilflächen beispielsweise durch eine Passivierungsschicht aus einem Siliziumnitrid oder dgl. abgedeckt werden, die sicher den Kontakt der beiden Teilflächen mit dem Fluid und dem darin möglicherweise enthaltenen Quecksilber verhindert und somit lediglich zwei aktive Teilflächen der Wheatstone-Vollbrücke dem Quecksilber ausge setzt sind und als Sensoren dienen. Dies kann beispielsweise durch einen Schicht aufbau mit Hilfe der Mikrostrukturtechnik bzw. der Dünnschichttechnologie auf ko stengünstige und zuverlässige Weise erfolgen, wobei dieses Herstellungsverfahren relativ preisgünstig ist.

Eine weitere Ausgestaltung des Sensorelementes sieht vor, daß auf dem Substrat mindestens ein Meßelement aufgebracht ist, mit dem die Temperatur der Gold schicht oder die Temperaturen der einzelnen Teilflächen der Goldschicht getrennt meßbar sind. Hierdurch kann gewährleistet werden, daß zur Beheizung der Gold schicht während der Regenerationsphase definierte Temperaturverhältnisse an der Goldschicht herrschen, darüber hinaus ist es auch möglich, daß während des Meß zyklus die an der Goldschicht oder auch den einzelnen Teilflächen der Goldschicht herrschenden Temperaturen erfaßt und zur Kompensation der Temperatureinflüsse herangezogen wird. Auch ist es denkbar, daß die Temperatur der Goldschicht durch auch während der Messung erfolgendes Bestromen der Heizschicht auf eine gleich mäßige Temperatur gebracht wird, so daß Temperatureinflüsse aus der Umgebung keinen oder nur einen geringen Einfluß auf die quantitative Erfassung der Quecksil berkonzentration haben. Hierzu kann dann das Meßelement als Teil eines Regel kreises zur Konstanthaltung der eingestellten Temperatur herangezogen werden.

Von besonderem Vorteil ist es, daß das Sensorelement zur Erfassung von Quecksil beranteilen, vorzugsweise von atomarem Quecksilber, in über das Sensorelement strömenden Gasen geeignet ist, da das üblicherweise in Gasen atomar vorliegende Quecksilber unmittelbar mit der Goldschicht des Sensorelementes reagieren kann. Es ist allerdings ebenfalls denkbar, daß das Sensorelement zur Erfassung von Quecksilberanteilen in mit dem Sensor in Kontakt bringbaren Flüssigkeiten geeignet ist, so daß beispielsweise in der Flüssigkeit üblicherweise als Verbindung vorliegen des Quecksilber durch Hinzugabe von Reagenzien ausgefällt werden kann und sich dann als atomares Quecksilber aus der Flüssigkeit an der Goldschicht anlagern kann. Als Reagenzien können hier beispielsweise Zinn-II-Chlorid und Natrium borchlorid dienen, wobei eine flüssige Probe (etwa Mundspeichel einer mit Amal gamplomben versehenen Person) in ein Reagenzgläschen gefüllt und mit dem Rea genz versetzt werden kann. Das nun freie Quecksilber wird dadurch mit dem Senso relement in Verbindung gebracht, daß der Sensor über eine Flanschverbindung mit dem Reagenzglas verbunden und dann um 180° gedreht wird. Der Sensor kann hierbei gleichzeitig in ein Auswertegerät wie beim Quecksilber-Küvetten-Test ge steckt werden. Eine Regeneration des Sensorelementes erfolgt dann beispielsweise durch Spülen mit einer keine Quecksilberbestandteile enthaltenen Flüssigkeit bzw. an einer Gasphase. Aufgrund der elektrischen Leitung bei der Erfassung des Wider standes der aktiven Teilflächen der Goldschicht kann allerdings während des Kon taktes der Flüssigkeit mit den aktiven Flächen des Sensorelementes selbst keine Messung durchgeführt werden, sondern es wird in der Phase des Kontaktes der Flüssigkeit mit der Goldschicht lediglich Quecksilber aus der Flüssigphase an der Oberfläche der Goldschicht angelagert und nach Entfernen der Flüssigkeit kann dann die Messung durchgeführt werden.

Von wesentlichem Vorteil ist es, wenn die zur Erfassung der Widerstandsänderung in der Goldschicht erforderliche Auswerteelektronik und die aktiven Flächen des Sensorelementes räumlich getrennt und fluiddicht voneinander isoliert angeordnet werden, da dann ein Betrieb der Auswerteelektronik ganz unabhängig von den je weils vorliegenden Umgebungsbedingungen, insbesondere auch der möglichen Quecksilberkonzentration in dem Fluid durchgeführt werden kann. Auch ist hierbei eine Beschädigung der Auswerteelektronik durch aggressive Gase, Flüssigkeiten oder dgl. sicher verhindert. Bei einer derartigen Verbindung von Auswerteelektronik und Sensorelement kann die Kontaktierung beispielsweise mittels gebondeter Draht verbindungen erfolgen, wobei die Drahtverbindungen, die dem Fluid ausgesetzt sind, aus einem Material bestehen sollten, das sich nicht mit dem Quecksilber verbindet, wobei hier vorzugsweise Aluminium zum Einsatz kommen sollte.

Eine vorteilhafte Herstellungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Sensorelementes ergibt sich, wenn die Goldschicht, die Trägermembran und die Heizschicht in Silizi ummikromechanik und Dünnschichttechnologie auf einem Substrat, beispielsweise aus Silizium aufgebracht werden. Die hierzu zur Verfügung stehenden Technologien und Geräte sind aus der Mikroelektronik umfassend bekannt und erlauben auch in großen Stückzahlen eine sichere und qualitativ hochwertige Fertigung.

Eine besonders gute Einsetzbarkeit des erfindungsgemäßen Sensorelementes ergibt sich, wenn das Sensorelement und die Auswerteelektronik aus einer Batterie mit Spannung gespeist werden, so daß ein derartiges, etwa als leicht transportables Handgerät mit kleinen Außenabmessungen eingebautes Sensorelement leicht vor Ort gebracht und dort auch über längere Zeit ohne Netzanbindung betrieben werden kann. Hierdurch werden vielfältige Möglichkeiten für die Analytik von Quecksilber möglich, die mit den bisher zur Verfügung stehenden, meist apparativ aufwendigen Verfahren und Einrichtungen nur im Labor möglich waren.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur quantitativen Erfassung von Queck silber nach dem Gold-Amalgam-Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem an einer dünnen Goldschicht atomares Quecksilber mit dem Gold Amalgam abscheidet und dabei den elektrischen Widerstand verändert. Ein derartiges Verfahren wird dadurch weiterentwickelt, daß in einem ersten Schritt das in einem Fluid enthaltene Quecksil ber über die in Teilflächen aufgeteilte und auf eine Trägermembran aufgebrachte Goldschicht geleitet wird, wobei die Teilflächen der Goldschicht eine Brückenschaltung bilden, die Widerstände der einzelnen Teilflächen der Goldschicht abhängig von der Bildung des Amalgam auf der Goldschicht geändert werden und die Brücken schaltung verstimmen. Eine derartige Meßphase wirkt hierbei wie eine zeitliche Inte gration der Erfassung von Quecksilberkonzentrationen, so daß auch schon geringste Konzentrationen von Quecksilber in einem zu untersuchenden Fluid ausreichende Meßsignale geben, wenn eine hinreichende Meßzeit zur Verfügung steht. In einem weiteren Schritt wird dann aus der Verstimmung der Brückenschaltung die Menge des gebildeten Amalgams und damit der Anteil des über das Sensorelement gelei teten Quecksilbers errechnet, so daß sich ein hinreichend genauer Zahlenwert für den Anteil des Quecksilbers an dem durchgeleiteten Fluid ergibt. Hierzu wird selbst verständlich die Menge des durchgeleiteten Fluides erfaßt und in Beziehung zu der festgestellten Quecksilberkonzentration gesetzt. Nach dem Durchlaufen der Phase der quantitativen Erfassung des Quecksilbers und der anschließenden Auswertung wird abschließend an eine unter der Goldschicht angeordnete separate Heizschicht eine Spannung angelegt, durch die die Goldschicht auf eine zur Regeneration der Goldschicht durch Rückumwandlung des Amalgam in Quecksilber erforderliche Temperatur gebracht wird. Hierdurch wird der Quecksilbersensor wieder in den Ur sprungszustand zurück verbracht, so daß davon auszugehen ist, daß nach der Re generation der Goldschicht immer wieder identische Meßverhältnisse an dem Sensor herrschen. Hierdurch ist eine entsprechende Lebensdauer eines Sensorelementes zur Durchführung des Verfahrens gewährleistet.

Es ist von Vorteil, wenn die Temperatur zur Regeneration der Goldschicht minde stens 150° Celsius, vorteilhafterweise auch darüber, beträgt, da dann die Regenera tion entsprechend kurze Zeit benötigt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß das über das Sensorelement zu leitende Fluid aus der Umgebung angesaugt und den aktiven Flächen des Sensorelementes zugeführt wird, so daß eine genaue Ermittlung der über das Sensorelement geleite ten Fluidmenge möglich ist und die an der Goldschicht ermittelte Widerstandsände rung in Bezug zu der durchgeleiteten Fluidmenge eine genaue Berechnung der Quecksilberkonzentration erlaubt. Hierbei kann in vorteilhafter Ausgestaltung eine Pumpe, vorzugsweise eine Mikropumpe das Fluid aus der Umgebung ansaugen. Derartige Mikropumpen benötigen geringe Antriebsleistungen, so daß auch im Feldbetrieb die Betriebsdauer der Pumpe die zur Verfügung stehende Meßzeit für das Verfahren nicht beeinträchtigt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß an die Heiz schicht auch während der quantitativen Erfassung des Quecksilbers eine elektrische Spannung angelegt wird, wobei ebenfalls denkbar ist, daß die durch die an die Heiz schicht angelegte Spannung hervorgerufene Temperatur der Goldschicht auf einem Wert gehalten wird, der oberhalb des Schwankungsbereiches der Umgebungstem peratur am Einsatzort des Sensorelementes liegt. Hierdurch ist es möglich, auch für unterschiedliche Temperaturen des angesaugten Fluides immer gleiche Reaktions verhältnisse an der Goldschicht herzustellen, wenn die Goldschicht, möglicherweise geregelt über einen Regelkreis, auf immer derselben Temperatur gehalten wird. Die se sollte günstigerweise oberhalb der Umgebungstemperatur bzw. der Temperatur des Fluides liegen, da dann Temperaturschwankungen in der Umgebung oder Tem peraturschwankungen des Fluides keine Auswirkungen mehr auf das Meßergebnis haben werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorele mentes und des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1a in einer stark vergrößerten Ansicht der Aufbau des erfindungsgemä ßen Sensorelementes in einer Draufsicht,

Fig. 1b das Sensorelement gemäß Fig. 1a in einer Seitenansicht im Schnitt,

Fig. 1c das elektrische Äquivalenzschaltbild des Sensorelementes gemäß Fig. 1a,

Fig. 2a eine Seitenansicht des in ein Meßinstrument eingebauten Sensore lementes,

Fig. 2b eine stark vergrößerte Darstellung des Schichtaufbaues des Sensor elementes gemäß Fig. 2a,

Fig. 3 ein typischer Meßverlauf mit dem erfindungsgemäßen Sensorele ment sowie anschließender Regenerationsphase,

Fig. 4 der schematisch dargestellte Aufbau eines transportablen Handge rätes mit dem erfindungsgemäßen Sensorelement zur Feldmessung von Quecksilber.

In den Fig. 1a und 1b ist in einer prinziphaften Darstellung der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensorelementes dargestellt, wobei die Darstel lung gemäß der Fig. 1a und 1b stark vergrößert ist. Mit Hilfe bekannter Verfahren der Mikrostrukturtechnik und der Dünnschichttechnologie ist es möglich, ein derarti ges Sensorelement auf die Größe von etwa 5 mm × 5 mm Grundfläche und darunter herzustellen, so daß kleinste Abmessungen des Sensorelementes möglich sind.

Wie insbesondere aus der Fig. 2b noch deutlicher zu erkennen ist, wird das Sen sorelement mit Hilfe der Dünnschichttechnologie auf einem Substrat 9 beispielswei se aus Silizium aufgebracht, wobei eine entsprechende Abfolge von Einzelschichten bzw. von zur Erzeugung dieser Einzelschichten benötigten Verfahrensschritte einge halten werden muß, die sich aus dem Aufbau des Sensorelementes 1 ergeben. Hierzu wird beispielsweise als erste Schicht auf das Substrat 9 eine Trägermembran 10 aus Siliziumnitrid aufgebracht, auf die dann unter Maskierung entsprechender Flächen die Heizschicht etwa aus Polysilizium und darüber dann die in Teilflächen 2 aufgeteilte Goldschicht aufgebracht wird. Diese kann dann zumindest teilweise mit einer Passivierungsschicht 13 versehen werden, um die noch im weiteren näher er läuterte Funktion der Brückenschaltung 37 zu gewährleisten.

Hierbei sind die Teilflächen 2 der Goldschicht etwa mittig des Sensorelementes 1 angeordnet und als etwa mäanderförmig gewundene Flächenabschnitte mit Kontak ten 6 verbunden, die eine Kontaktierung der Teilflächen 2 der Goldschicht nach au ßen ermöglichen. Die vier Teilflächen 2 der Goldschicht sind hierbei in einer klassi schen Wheaststone-Vollbrücke miteinander verschaltet, die aus der Elektrotechnik umfassend bekannt ist und hier daher nicht weiter erläutert werden soll. Erreicht werden kann durch die Verschaltung der Teilflächen 2 der Goldschicht in der Brüc kenschaltung 37, daß zum einen sämtliche Temperatureffekte, die sich aus unter schiedlichen Erwärmungen der einzelnen Teilflächen 2 der Goldschicht ergeben können, schon innerhalb der Brückenschaltung 37 kompensiert werden, wobei ebenfalls eine Verdopplung des bei einer einzelnen Teilfläche 2 der Goldschicht meßbaren Ergebnisses beim Überleiten von quecksilberhaltigen Gasen über die Teilflächen 2 der Goldschicht erzielbar ist. Hierdurch wird der meßbare Effekt we sentlich verbessert, da der Rausch-Signalabstand entsprechend vergrößert wird. Die Verbindung der Kontakte 6 mit den Teilflächen 2 der Goldschicht erfolgt über Leiter bahnen 5, die gegenüber der Einwirkung von Quecksilberdämpfen durch die Passi vierungsschicht 13 abgedeckt worden sind, so daß allein zwei der Teilflächen 2 der Goldschicht, die als aktive Teilflächen der Brückenschaltung 37 dienen, gegenüber dem Zutritt von in dem Fluid enthaltenen Quecksilber geöffnet sind. Die beiden ent sprechend anderen Teilflächen 2 der Goldschicht werden ebenfalls von einer Passi vierungsschicht 13 überdeckt und können daher zum Abgleich der Brückenschaltung 37 genutzt werden, ohne daß eine Umwandlung von Quecksilber in Amalgam an diesen Teilflächen 2 der Goldschicht erfolgt.

Ebenfalls auf dem Sensorelement 1 ist die Heizschicht 3 unterhalb der Teilflächen 2 der Goldschicht vorgesehen und über Leiterbahnen 5 mit Kontakten 7 verbunden. An die beiden Kontakte 7 kann von außen eine entsprechende Spannung angelegt werden, so daß die Heizschicht 3 von einem Strom durchflossen wird und etwa bei Ausgestaltung der Heizschicht 3 z. B. aus Polysilizium eine Umwandlung der ange legten Spannung in eine durch die Polysiliziumschicht abgegebene Temperatur er folgt. Hierdurch werden die vier Teilflächen 2 der Goldschicht im wesentlichen gleichmäßig auf eine Temperatur erhitzt, die von der angelegten Spannung abhän gig ist und beispielsweise über ein integral die Temperatur aller Teilflächen 2 der Goldschicht messendes Element 4 zur Temperaturerfassung erfaßt werden kann. Das Element 4 zur Temperaturerfassung steht mit Kontakten 8 in Verbindung, so daß die an dem Element 4 zur Temperaturerfassung sich ergebende Meßspannung beispielsweise für die Temperaturregelung des Heizelementes 3 zur Bestimmung eines geeigneten Spannungswertes genutzt werden kann, der an die Kontakte 7 an gelegt wird. Ebenfalls ist es selbstverständlich denkbar, für jede der Teilflächen 2 der Goldschicht ein eigenes Element 4 zur Temperaturerfassung vorzusehen, so daß auch lokal unterschiedliche Temperaturen erfaßt werden können.

Wird nun über ein derart aufgebautes Sensorelement 1 ein Fluid 35, beispielsweise ein Gas übergeleitet, in dem Quecksilber in atomarer Form enthalten ist, so lagert sich das Quecksilber an den aktiven Teilflächen 2 der Goldschicht oberflächennah an und bildet ein Gold-Amalgam, durch das der Widerstandswert der Teilflächen 2 der Goldschicht verändert wird. Hierdurch wird die Brückenschaltung 37 verstimmt und ergibt ein Differenzsignal, das wie in der Fig. 1c dargestellt, als Spannung U zwischen zwei gegenüberliegenden Zweigen der Brückenschaltung 37 abgegriffen und ausgewertet werden kann. Ein derartiges Signal entsprechend der Spannung U läßt sich dann rechnerisch in Verbindung bringen mit dem Anteil des atomaren Quecksilbers, das in dem durchgeleiteten Volumen des Fluides 35 enthalten war und ermöglicht somit eine Bestimmung der Quecksilberkonzentration in dem Fluid 35.

Nach der Durchführung der Meßphase, die eine integrative Messung des in dem Fluid 35 enthaltenen Quecksilberanteiles erlaubt, muß für eine nachfolgende Mes sung das Sensorelement 1 wieder in den Ausgangszustand zurückversetzt werden, was in diesem Fall bedeutet, daß das an der Goldschicht angelagerte Amalgam, das die Brückenschaltung 37 verstimmt hat, wieder von der Goldschicht entfernt werden muß. Hierzu ist es bekannt, die Goldschicht auf eine Temperatur etwa oberhalb 105°C zu erhitzen, so daß die Amalgame aus der Goldschicht wieder gelöst werden und über das darüberstehende Fluid 35 abtransportiert werden. Diese sogenannte Regenerationsphase 23 kann dabei durch Anlegen einer entsprechend großen Spannung an die Kontakte 7 des Heizelementes 3 erfolgen, wodurch das Heizele ment 3 sich erhitzt und die darüber liegende Goldschicht ebenfalls entsprechend über die zur Regeneration 23 notwendige Temperatur bringt. Die Dauer der Regene ration 23 hängt hierbei auch von der Regenerationstemperatur ab, so daß höhere Temperaturen eine Verkürzung der Zeit zur Regeneration 23 bedeuten.

Um insbesondere auch in transportablen Meßgeräten eine ausreichend lange Meß dauer unter Gewährleistung der hierzu notwendigen Regenerationsphasen zu er möglichen, muß die Heizleistung des Heizelementes 3 möglichst gering gehalten weden, damit die Spannungsversorgung der Transportabilität der Meßeinrichtung nicht entgegensteht. Da das Heizelement 3 die durch die Anlegung einer Spannung erzeugte Wärme relativ ungerichtet in die Umgebung abgibt, ist es von Vorteil, wenn das Substrat 9 zumindest in dem Bereich, der sich unterhalb der Goldschicht befindet, soweit etwa durch einen Ätzprozeß mit einem Durchbruch 11 oder dgl. versehen wird, daß der Wärmeübergang zwischen der Heizschicht 3 und dem Substrat 9 mög lichst gering ist. Hierdurch können Wärmeverluste durch Wärmeleitung in das Substrat 9 weitgehend vermieden werden und die Heizleistung der Heizschicht 3 geht nahezu vollständig in die Trägermembran 10 und die darüber angeordnete Goldschicht. Die Herstellung des Durchbruches 11 kann beispielsweise durch Ätz verfahren erfolgen, wobei etwa konische Wandflächen 20 in einem beispielsweise aus Silizium gebildeten Substrat 9 erzeugt werden.

In der Fig. 1c ist das elektrische Ersatzschaltbild für das Sensorelement 1 gemäß Fig. 1a zu erkennen, wobei die Teilflächen 2 der Goldschicht als äquivalente Wi derstände 12 dargestellt sind und die Sachnummer 6' bzw. 7' die Ersatzwiderstände für die Leiterbahnen 5 und die Kontakte 6, 7 bzw. 8 darstellen.

In der Fig. 2a ist in einer Seitenansicht der prinzipielle Einbau eines Sensorele mentes 1 z. B. in ein Meßgerät dargestellt, wobei das Sensorelement 1 an den nicht weiter dargestellten Kontakten 6, 7, 8 über gebondete Anschlußdrähte 15 mit Ver bindungsdrähten 16 kontaktiert ist, die aus einer hier nur als fluiddichte Umhüllung 18 schematisch dargestellten Meßzelle herausführen und an eine später in der Fig. 4 noch näher zu erkennende Auswerteelektronik 31 geführt sind. Das Sensorele ment 1 wird unterhalb der Schicht des Substrates 9 auf einen Sockel 38 aufgebracht, der an der fluiddichte Umhüllung 18 festgelegt ist. Hierdurch ist der Bereich der Aus nehmung 11 unterhalb der Heizschicht 3, begrenzt durch die konischen Wände 20 weitgehend freigelegt, so daß Temperaturverluste über das Substrat 9 nicht mehr auftreten können.

In der Fig. 2b ist in einer stark vergrößerten Darstellung der schematische Schicht aufbau des Sensorelementes 1 gemäß des durch den Kreis angedeuteten Bereiches in der Fig. 2a dargestellt. Hierbei ist auf einer Isolierschicht 14 die Trägermembran 10 zu erkennen, auf der dann wiederum die Heizschicht 3 aufgebracht ist. Wiederum getrennt von einer Isolierschicht 17 ist oberhalb der Heizschicht 3 eine Teilfläche 2 der Goldschicht zu erkennen, wobei die Kontaktierung der Goldschicht 3 an Kontak ten 6" erfolgt, die durch Ätztechniken in die Isolierschicht 17 eingebracht sind. Die Heizschicht 3 wird durch Kontakte 7" mit Spannung versorgt, die ebenfalls durch Ätzung in die Isolierschicht 17 eingebracht ist. Oberseitig wird mit Ausnahme der ak tiven Flächen 19 der Teilfläche 2 der Goldschicht das gesamte Sensorelement 1 durch eine Passivierungsschicht 13 abgedeckt, durch die verhindert wird, daß ober seitig der Goldschicht durchströmendes Fluid 35 mit einem Quecksilberanteil mit die sen Flächenanteilen in Verbindung kommen kann. Das in dem Fluid 35 enthaltene Quecksilber kann daher nur die aktive Fläche 19 der Goldschicht berühren und dabei zur Bildung von Gold-Amalgam und damit zur Veränderung des Widerstandes der Teilfläche 2 der Goldschicht beitragen.

Die Herstellung eines Schichtaufbaues des erfindungsgemäßen Sensorelementes 1 gemäß Fig. 2b läßt sich mit Hilfe von Methoden der Mikromechanik und der Dünn schichttechnologie vornehmen, wobei die hierzu auszuführenden Abläufe sowie die hierzu zu verwendenden Einrichtungen dem Fachmann grundsätzlich vertraut sind und hier nicht weiter erläutert werden sollen.

In der Fig. 3 ist der typische Meßablauf mit Hilfe eines Sensorelementes 1 zu er kennen, wobei die Intensität I des Meßsignales über der Zeit t aufgetragen ist. Wäh rend einer Meßphase 22, deren Länge je nach der Meßaufgabe variieren kann, steigt das Intensitätssignal 21 durch die integrierende Messung des Sensorelemen tes 1 bis zu einem Maximalwert an. Während dieses Zeitabschnittes 25 ist die Heiz schicht 3 unbestromt oder nur gering bestromt zur Konstanthaltung einer günstigen Temperatur der Teilflächen 2 der Goldschicht. Mit dem Beenden der Meßphase 22 wird während eines Zeitabschnittes 26 die Heizschicht 3 bestromt, wodurch die Temperatur der Heizschicht und der darüber angeordneten Goldschicht über eine Temperatur von etwa 150° Celsius erhöht wird, die zur Phase der Regeneration der Goldschicht führt. Hierbei werden die Quecksilberatome aus der Goldschicht wieder herausgelöst, wodurch das Intensitätssignal 24 während der Regenerationsphase 23 wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgeht und das Sensorelement 1 damit wieder in den ursprünglichen Meßzustand versetzt. Eine neue Messung kann sich dann entsprechend anschließen.

In der Fig. 4 ist der prinzipielle Aufbau eines transportablen Handgerätes 33 unter Verwendung eines Sensorelementes 1 dargestellt, wobei das Sensorelement 1 in einem Behälter 36 zum fluiddichten Abschluß aufgenommen ist. Von dem Behälter 36 führen lediglich die Verbindungsdrähte 16 hin zu einer nicht weiter zu erläutern den Auswerteelektronik 31, in der die Signale des Sensorelementes 1 ausgewertet und die Vorgabewerte für die Heizschicht 3 ermittelt werden. Der Behälter 36 steht über einen Ansaugstutzen 28 mit einem Gas in der Umgebung 27 in Verbindung, wobei das Gas aus der Umgebungs 27 durch eine Mikropumpe 30, die ebenfalls von der Auswerteelektronik 31 gesteuert wird, angesaugt wird, so daß von der Mikro pumpe angesaugte Gas aus der Umgebung 27 in den Behälter 36 eingepumpt und durch einen Aussblasstutzen 29 wieder aus dem Behälter 36 herausgepumpt wird. Der Gasstrom 35, der innerhalb des Behälters 36 in Kontakt mit dem Sensorelement 1 tritt, wird hierbei in schon dargestellter Weise auf Quecksilberkonzentrationen un tersucht. Die Auswerteelektronik 31 sowie die Mikropumpe 30 und das Sensorele ment 1 werden über eine Batterie 32 gespeist, wobei eine Starttaste 34 für das Aus lösen einer Messung vorgesehen ist. Werte können beispielsweise über ein hier nicht weiter dargestelltes Display angezeigt werden, ebenfalls ist selbstverständlich der Anschluß von schreibenden Meßgeräten etc. möglich. Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Handgerät 33 durch die geringe benötigte Leistung sowie die klei nen Abmessungen von Sensorelement 1 und Auswerteelektronik 31 auf eine Größe gebracht werden kann, die etwa der Größe eines Taschenrechners oder dgl. ent spricht und somit leicht transportabel und nahezu überall einfach einsetzbar ist. Hierdurch eröffnen sich einem Handgerät 33 unter Verwendung eines erfindungs gemäßen Sensorelementes 1 eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, bei spielsweise zur Analytik von Quecksilberbelastungen im Bereich des Arbeitsschut zes, der Gerätesicherheit sowie auch im medizinischen Bereich etwa bei der Mes sung von Ausdünstungen aus Amalgamplomben oder dgl..

Sachnummernliste

1

Sensorelement

2

Teilflächen Goldschicht

3

Heizschicht

4

Element zur Temperaturerfassung

5

Leiterbahn

6

,

6

',

6

" Kontakte Teilflächen

7

,

7

',

7

" Kontakte Heizschicht

8

,

8

' Kontakte Temperaturerfassung

9

Substrat

10

Trägermembran

11

Ausnehmung

12

Widerstände Teilflächen

13

Passivierungsschicht

14

Isolierschicht

15

Bonddrähte

16

Verbindungsdrähte

17

Isolierschicht

18

Fluiddichtung

19

aktive Fläche

20

Wandung Siliziumschicht

21

Intensitätssignal Meßphase

22

Meßphase

23

Regenerationsphase

24

Intensitätssignal Regenerationsphase

25

Zeitabschnitt Heizschicht unbestromt

26

Zeitabschnitt Heizschicht bestromt

27

Umgebung

28

Ausgangsstutzen

29

Ausblasstutzen

30

Pumpe

31

Auswerteelektronik

32

Batterie

33

Handgerät

34

Starttaste

35

Gasstrom

36

Fluiddichter Abschluß

37

Brückenschaltung

38

Sockel

Claims

1. Sensorelement (1) zur quantitativen Erfassung von Quecksilber, arbeitend nach dem Gold-Amalgam-Verfahren, bei dem an einer dünnen Goldschicht atomares Quecksilber mit dem Gold Amalgam bildet und dabei den elektrischen Wider stand der Goldschicht ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht aufgeteilt in Teilflächen (2) in Form einer Brückenschaltung (37) auf eine dünne Trägermembran (10) aufgebracht ist, wobei unter der Gold schicht eine separate Heizschicht (3) angeordnet ist, die zur Regeneration der Goldschicht nach der quantitativen Erfassung des Quecksilbers über das Anle gen einer elektrischen Spannung erwärmbar ist, Goldschicht, Trägermembran (10) und Heizschicht (3) auf einem Substrat (9) aufgebracht sind und zumindest unter dem von der Goldschicht überdeckten Bereich das Substrat (9) einen flä chigen Durchbruch (11) aufweist.

2. Sensorelement (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Trägermembran (10) aus einem Siliziumnitrid gebildet ist.

3. Sensorelement (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizschicht (3) eine Schicht aus Polysilizium unter der Goldschicht angeordnet ist.

4. Sensorelement (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht eine Dicke im Bereich von 10-100 nm aufweist.

5. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Brückenschaltung (37) in Form einer Wheatstone- Vollbrücke mit einer Aufteilung der Goldschicht in vier die Widerstände der Wheatstone-Vollbrücke bildenden Teilflächen (2) aufgebaut ist.

6. Sensorelement (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vier in Form der Wheatstone-Vollbrücke aufgeteilten Teilflächen (2) einander nah benachbart auf der Trägermembran (10) aufgebracht sind.

7. Sensorelement (1) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei der vier in Form der Wheatstone-Vollbrücke aufgeteilten Teilflächen (2) der Goldschicht zum Abgleich der Wheatstone-Vollbrücke die nen und nicht der Exposition der Quecksilberatome ausgesetzt sind und die beiden anderen Teilflächen (2) als aktive Teilflächen der Goldschicht einem vorbeiströmenden Fluid (27) ausgesetzt sind.

8. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß auf dem Substrat (9) mindestens ein Meßelement (4) auf gebracht ist, mit dem die Temperatur der Goldschicht oder die Temperaturen der einzelnen Teilflächen (2) der Goldschicht getrennt meßbar sind.

9. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Sensorelement (1) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß es direkt zur Erfassung von Quecksilberanteilen in über das Sensor element (1) strömenden Gasen (27) geeignet ist.

10. Sensorelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Sensorelement (1) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß es zur indirekten Erfassung von Quecksilberanteilen in mit dem Sensor element (1) in Kontakt bringbaren Flüssigkeiten geeignet ist.

11. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die zur Erfassung der Widerstandsänderungen der Goldschicht erforderliche Auswerteelektronik (31) und die aktiven Flächen des (2) Sensorelementes (1) räumlich getrennt und fluiddicht voneinander isoliert an geordnet sind.

12. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die aktiven Flächen (2) des Sensorelementes (1) mittels gebondeter Drahtverbindungen (15) mit der Auswerteelektronik (31) verbunden sind.

13. Sensorelement (1) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtverbindungen (15) aus einem Material bestehen, das sich nicht mit dem Quecksilber verbindet.

14. Sensorelement (1) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtverbindungen (15) aus Aluminium bestehen.

15. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Goldschicht, die Trägermembran (10) und die Heiz schicht (3) in Silizium-Mikromechanik und Dünnschichttechnik auf dem Substrat (9) aufgebracht sind.

16. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das das Sensorelement (1) tragende Substrat (9) aus Sili zium besteht.

17. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Heizschicht (3) derart gebildet ist, daß der Stromver brauch bei der Regeneration (23) der Goldschicht nur wenige Milliwatt beträgt.

18. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Sensorelement (1) und die Auswerteelektronik (31) aus einer Batterie mit Spannung (32) gespeist wird.

19. Sensorelement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Sensorelement (1) derart in ein Handgerät (33) ein baubar ist, daß das Handgerät (33) für den Feldbetrieb leicht transportabel ist und kleine Außenabmessungen aufweist.

20. Verfahren zur quantitativen Erfassung von Quecksilber nach dem Gold- Amalgam-Verfahren, bei dem an einer dünnen Goldschicht atomares Quecksil ber mit dem Gold Amalgam abscheidet und dabei den elektrischen Widerstand (12) der Goldschicht ändert, dadurch gekennzeichnet, daß
in einem ersten Schritt das in einem Fluid (27) enthaltene Quecksilber über die in Teilflächen (2) aufgeteilte und auf einer Trägermembran (10) aufgebrachte Goldschicht geleitet wird, wobei die Teilflächen (2) der Goldschicht eine Brüc kenschaltung (37) bilden und die Widerstände (12) der einzelnen Teilflächen (2) der Goldschicht abhängig von der Bildung des Amalgam auf der Gold schicht geändert werden und die Brückenschaltung (37) verstimmen,
in einem weiteren Schritt aus der Verstimmung der Brückenschaltung (37) die Menge des gebildeten Amalgams und damit der Anteil des über ein die Gold schicht aufweisendes Sensorelement (1) geleiteten Quecksilbers berechnet wird,
und abschließend nach der quantitativen Erfassung des Quecksilbers an eine unter der Goldschicht angeordnete separate Heizschicht (3) eine Spannung (7) angelegt wird, durch die die Goldschicht auf eine zur Regeneration (23) der Goldschicht durch Rückumwandlung des Amalgam in Quecksilber erforderliche Temperatur gebracht wird.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensor element (1) während der Umströmung der Goldschicht mit einem auf Quecksil ber zu untersuchenden Fluid (27) eine zeitlich integrale Messung der Amal gambildung der Goldschicht durch in dem Fluid (27) enthaltenes Quecksilber vornimmt.

22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zur Regeneration (23)der Goldschicht oberhalb von 150°C liegt.

23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das über das Sensorelement (1) zu leitende Fluid (35) aus der Umgebung (27) angesaugt und den aktiven Flächen (2) des Sensorelementes (1) zugeführt wird.

24. Verfahren gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (30) das Fluid (35) aus der Umgebung (27) ansaugt.

25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß an die Heizschicht (3) auch während der quantitativen Erfassung des Quecksilbers eine elektrische Spannung angelegt wird.

26. Verfahren gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die an die Heizschicht (3) angelegte Spannung hervorgerufene Temperatur der Goldschicht auf einem Wert gehalten wird, der oberhalb des Schwankungsbe reiches der Umgebungstemperatur am Einsatzort des Sensorelementes (1) liegt.