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Ionenchromatographie

Die Luftqualität automatisiert überwachen

08.03.2010 | Autor / Redakteur: Timoer Frelink* / Marc Platthaus

1 Längeres Einatmen von Smog kann kann zu Atembeschwerden führen. (Bilder: Applikon)
1 Längeres Einatmen von Smog kann kann zu Atembeschwerden führen. (Bilder: Applikon)

Wozu braucht es eine Überwachung der Luftqualität? Eine der schwerwiegendsten Luftverschmutzungen ereignete sich während des großen London-Smogs im Dezember 1952. Auf Grund einer speziellen

Wozu braucht es eine Überwachung der Luftqualität? Eine der schwerwiegendsten Luftverschmutzungen ereignete sich während des großen London-Smogs im Dezember 1952. Auf Grund einer speziellen Wetterlage und den damit einhergehenden besonders kalten Temperaturen für diese Jahreszeit, haben die Einwohner immer mehr Kohle verheizt, um ihre Häuser warm zu halten. Da diese Kohle qualitativ minderwertig war, wurden große Mengen an SO2 in die neblige Stadtluft eingetragen, sodass die SO2-Konzentration in Spitzenzeiten auf bis zu 0,69 ppm (1,83 mg/m3) anstieg.

Obwohl der Wintersmog, bei dem es sich um eine Mischung von Nebel und Rauch/Abgasen handelt, nur gerade vier Tage lang über der Stadt hing, starben in dieser Zeit und in den darauffolgenden Wochen 12 000 Menschen als direkte Folge dieser Luftverschmutzung, mehrheitlich an Atemwegserkrankungen. Der Smog mit seinen schwerwiegenden Auswirkungen war Anlass zur Ausarbeitung des „Clean Air Acts“, einer Gesetzesverordnung mit Maßnahmen zur Reduktion der Luftverschmutzung, welche vom britischen Parlament 1956 genehmigt wurde und die ihre Gültigkeit bis 1964 behielt. Die beschriebene Luftverschmutzung ist sicher ein Extrembeispiel, doch sollte man nicht vergessen, dass die gegenwärtige Luftverschmutzung nach wie vor gravierende Folgen für die Umwelt und unsere Gesundheit hat. Die Erforschung und das Verständnis der Einflüsse von Luftverschmutzung und Luftbestandteilen auf das Klima und unsere Gesundheit sind von großer Bedeutung.

Luftverschmutzung wird nicht allein durch gasförmige Verbindungen verur-sacht, sondern auch durch Aerosole und Schwebstoffteilchen (englisch: particulate matter, PM). Diese feinsten Partikel gelangen in die Lunge und schädigen sie. Hinzu kommt, dass sich ultrafeine Partikel von dort aus über die Blutkörperchen sogar im ganzen Körper verteilen und zu Entzündungssymptomen führen können. Obwohl diese Risiken weltweit diskutiert und erforscht werden, ist immer noch nicht bekannt, welche Verbindungen genau zu Schädigungen führen. Somit besteht ein großer Bedarf an spezifischeren Messdaten und Daten aus Langzeitmessungen. Schnelle Messmethoden und Echtzeitmessungen der Konzentrationen der chemischen Verbindungen in der Umgebungsluft sind ein Muss und sollen ein besseres Verständnis der Zusammenhänge ermöglichen.

Traditionelle Messmethoden mit Schwächen

Eine Vielzahl der eher traditionellen Messmethoden der Luftanalytik basiert auf so genannten Denudern (Diffusionsabscheider zur Abtrennung von Gasen) und Filtern. Durch die mit Denudern und Filtern ausgestatteten Messsysteme wird Luft gesogen, wobei Gase auf einem an den Innenwänden des Denuders angebrachten Absorbens absorbieren. Aerosole oder Schwebstoffteilchen hingegen werden erst nach Durchqueren des Denuders mit Filtern gesammelt. Diese Probennahme läuft in der Regel über einen längeren Zeitraum (typischerweise einen Tag oder länger), bevor die Systeme für die eigentliche Analyse ins Labor zurückgebracht werden.

Obwohl mit den traditionellen Messmethoden ein guter Überblick über die Luftbestandteile gewonnen werden kann, gibt es ein paar schwerwiegende Nachteile. Der wichtigste Nachteil ist die Mittelung der Messdaten. Die Analysenergebnisse aus dem Labor geben nur die über den Zeitraum der Probennahme gemittelte Konzentration der jeweiligen Verbindung wieder. Da die Probennahme typischerweise einen Tag oder länger dauert, lassen sich bei kurzzeitig auftretenden Ereignissen keine differenzierten Aussagen zum Tagesverlauf der einzelnen Konzentrationen machen. Ein weiterer Nachteil dieser Methoden ist die Handhabung der Denuder und Filter. Es fallen viele manuelle Arbeitsschritte an, die sehr gewissenhaft ausgeführt werden müssen, um Kontaminationen zu vermeiden. Hinzu kommt, dass die Analysen zeitaufwändig sind und dass Gase und Aerosole in traditionell aufgebauten Systemen nicht gleichzeitig bestimmt werden können.

Überwachung der Luftqualität mit einem Monitor-System für Aerosole und Gase

Mit dem MARGA-System zur Überwachung der Luftqualität (MARGA = Monitor for AeRosols & Gases in Ambient Air) lässt sich die Gas- und Aerosolzusammensetzung der Umgebungsluft praktisch gleichzeitig und kontinuierlich analysieren. Das System entstammt einer Kooperation der niederländischen Metrohm-Tochtergesellschaft Applikon Analytical mit dem Energy Research Center (ECN), dem größten niederländischen Forschungszentrum für erneuerbare Energien. Ursprünglich wurde das System von ECN entwickelt. Der analytische Teil des Messgeräts besteht aus zwei Metrohm-Ionenchromatographen für die Bestimmung von Anionen und Kationen. Luft wird über einen teilchengrößenselektiven Abscheider (z.B. Zyklon) ins Marga-Gerät gesogen. Dadurch lasst sich die Größe der zu analysierenden Teilchen beispielsweise auf einen Durchmesser kleiner als 10 oder 2,5 μm beschränken.

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