Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Messgerätes zur Bestimmung des oxidativen Potentiales von luftgetragenen Partikeln mit Hilfe eines Particle Into Liquid Samplers (PILS) und der Elektronen Spin Resonanz (ESR) Spektrometrie

Ziel des Projektes ist es ein automatisiertes Messverfahren zur Erfassung des Oxidativen Potentials (OP) von PM (engl. particulate matter) zu entwickeln bzw. zu erweitern. Das Marktpotential ergibt sich direkt für Anbieter / Auftragslabore zu Luftqualitäts¬messungen und –überwachungen. Hierzu zählen insbesondere auch Behörden denen die Aufgabe des Außenluft¬monitorings aber auch möglicher Innenraum¬luftüberwachung (z.B. am Arbeitsplatz) zukommt.

Innerhalb des Projektes soll zunächst eine vollständige Automatisierung einer bereits bestehenden und im Prinzip als funktionsfähig gezeigten Methode basierend auf spin trap basierter ESR (ElektronenSpinResonanz Spektrometrie) Methodik durchgeführt werden. Diese wird in der Folge durch reale Umweltmessungen überprüft und auf eine weitere als bedeutsam für mögliche PM auslösende Gesundheitseffekte geltende reaktionsprozessabbildenden Methodik erweitert. Hierzu ist die Kopplung eines Particle-Into-Liquid Samplers (PILS) mit einer Reaktionsstufe, einer klassischen Redoxpotential¬messung und einem ESR-Spektrometer vorgesehen. Die innovative Entwicklungsarbeit in diesem Projekt besteht in einer erstmals durchführbaren zeitaufgelösten (angestrebt 4-Stundentakt) und automatisierten Erfassung des PM-OPs, welche somit auch zu Monitoringzwecken angewandt werden kann. Ein solches Monitoring z.B. Überwachung der Luftqualität an Arbeitsplätzen aber auch an Außenluftstationen wird für andere Messparameter in Deutschland, nebst Behörden, bereits zahlreich durch KMUs durchgeführt. Vor diesem Hintergrund profitieren insbesondere die in Deutschland ansässigen KMU von den in diesem Forschungsvorhaben angestrebten Ergebnissen, da eine Erweiterung der Monitoringqualität stattfindet.

Ergebniszusammenfassung:

Erste Messungen sowohl im Innenbereich als auch im Außenbereich des IUTA haben gezeigt, dass die Kernkomponenten des Messsystems zur Bestimmung des Oxidativen Potentials von luftgetragenen Partikeln geeignet sind (Proof of concept). Des Weiteren haben Laborversuche gezeigt, dass die Sammeleffizienz des PILS abhängig ist von der Art des Aerosols. Hydrophile Feststoffpartikel weisen dabei eine höhere Sammeleffizienz auf (~100%) als beispielsweise lösliche Stoffe (~84%) oder hydrophobe Feststoffpartikel (~93%). Um den potentiellen Einfluss von Spurengasen, wie Stickoxiden, auf die Messung des oxidativen Potentials luftgetragener Partikel auszuschließen, wurde ein Versuch mit einem Spurengasabscheider (Denuder) durchgeführt. Der Versuch zeigt eine deutliche Reduktion der NO2-Konzentration nach dem Abscheider. Bei einer NO2-Konzentration von knapp 79 ppb konnten 77 ppb des Gases abgeschieden werden. Das entspricht einer NO2-Reduktion von 97,5%.

Im Anschluss an die erfolgreichen Laborversuche von Einzelkomponenten und Gesamtsystem wurden des ESR-Online Messsystem in einem Container im städtischen Hintergrund, Standort Mühlheim-Styrum installiert, in unmittelbarer Nähe einer Luftmessstation des LANUV. Der Vergleich von ESR-Messdaten und der vom LANUV zur Verfügung gestellten Daten hat gezeigt, dass das ESR-Signal sowohl mit der Blei-Konzentration als auch mit der Eisen-Konzentration korreliert.

Mit dem entwickelten System ist erstmals eine zeitlich hoch aufgelöste wirkungsbezogene Charakterisierung von aerosolgebundenem PM möglich. Somit können wesentliche Forderungen der umweltmedizinischen Forschung bei Luftqualitätsüberwachung berücksichtigt werden. Darüber hinaus findet die Messsystem Anwendung in den Ländermessnetzen zur Überwachung der Luftqualität. Neben der derzeit bestehen Erfassung der Partikel-Massenkonzentration ist damit auch eine kontinuierliche Erfassung wirkungsbezogener Partikeleigenschaften möglich.