English China

VOC-Analyse

Zwischen Himmel und Erde – VOC-Analyse in der Atomsphäre

Seite: 2/4

Anbieter zum Thema

Aufgabe der Doktorandin Julia Jäger war es, sich mithilfe eines im Zeppelin untergebrachten speziellen GC/MS-Systems in einer Höhe von 100 bis 1000 Metern auf die Spur der emittierten VOC zu begeben und Aufschluss über die Effizienz des atmosphärischen Reinigungsprozesses zu gewinnen. Ferner ging es darum, Messdaten zu sammeln, die helfen können, die Schadstoffbelastung der Luft zu beziffern, Ursachen und Quellen zu identifizieren sowie aktuelle Transport-Modelle auf Tauglichkeit hin zu überprüfen und für künftige Prognosen zu präzisieren.

Effiziente VOC-Onlinemessungen

Zur Bestimmung der VOC in gasförmigen Proben bedarf es i.d.R. lediglich eines handelsüblichen Gaschromatographen, eines den Anforderungen entsprechenden leistungsfähigen Detektors sowie hinreichend Platz, um die Gerätschaft einschließlich Kühlung und Gasversorgung aufzustellen. In einem Labor ist all dies in der Regel ohne Probleme möglich. An Bord eines mit technischem Equipment ausgestatteten Flugzeugs oder Zeppelins jedoch herrscht stets ein gewisser Platzmangel. Um von einem Luftschiff oder Flugzeug aus online die Außenluft zu untersuchen, braucht man eine spezielle Anfertigung, die kleiner in den Ausmaßen und gleichzeitig kompakter und leichter ist, ohne jedoch Wünsche in puncto Leistungsfähigkeit offen zu lassen. Im Gegenteil, bringt es Dirk Bremer, Leiter der Entwicklung der in Mülheim an der Ruhr ansässigen Firma Gerstel, auf den Punkt: Das System sollte sogar noch leistungsfähiger sein. Zudem sind die Anforderungen bezüglich der Flugsicherheit zu erfüllen.

Als Kooperationspartner des FZ Jülich hatte Dr. Robert Wegener im Jahr 2005 Gerstel den Auftrag erteilt, ein GC/MS-System zu entwickeln und zu bauen, das sich im Forschungsflugzeug HALO (High Altitude LOng Range) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt montieren und während des Flugs betreiben lässt. Das Pflichtenheft setzte den Entwicklern, allen voran Bernd Rose, dem Leiter der mechanischen Entwicklung und des Prototypings bei Gerstel, enge Grenzen: Für den Einbau des Systems an Bord galten die Maße der üblicherweise verwendeten Instrumentenracks (ca. 1,2 m x 0,6 m x 0,8 m). Gleichzeitig durfte das komplette System ohne Instrumentenrack nicht mehr als 116 kg wiegen. Zum Vergleich: Ein konventionelles GC/MS-System wiegt wenigstens rund 130 kg – ohne Kühlfallen, Steuerung, Autosampler, Gasversorgung, Instrumentenrack und Befestigungsmaterial. Gemäß der Leistungsbeschreibung des FZ Jülich sollten in größerer Höhe alternierend für die Dauer von 3 min Luftproben genommen und die Analyten im Gegenstrom desorbiert werden; während eine Probe schließlich analysiert werden würde, sollte bereits die nächste Probe in der Bearbeitung sein. Wasser musste aus der Matrix entfernt werden, um die Säule nicht zu überfrachten, was einen weiteren Anreicherungs- sowie einen Thermodesorptionsschritt umfasst.

Um schließlich noch eine große Bandbreite an unterschiedlich polaren Verbindungen bestimmen und gleichzeitig kurze Zykluszeiten zu gewährleisten, sollten unterschiedliche Trennsäulen möglichst rasch auf Temperatur gebracht und wieder abgekühlt werden; eine Aufgabe, die Gerstel unter Einsatz zweier gesonderter „Low-Thermal-Mass“-Module erreichte. Letztlich ging es dann noch darum, die Analyten eindeutig zu identifizieren, weshalb es zum Einsatz eines massenselektiven Detektors kam, der ebenfalls im Instrumentenrack integriert wurde. Um auch leichtflüchtige Verbindungen vor der Trennung anzureichern, wurde zusammen mit dem Forschungszentrum Jülich noch eine Mikroadsorptionsfalle entwickelt. Eine besondere Herausforderung stellte das Kühlsystem dar, berichtet Gerstel-Entwicklungsleiter Bremer.

(ID:42443354)