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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Analyseverfahren

  • Gaschromatografische Analysen von Spurengasproben in Edelstahlkanistern  (Restek „silcosteel“)

    • Organischer Spurengasgehalt in Abgasproben
    • Analyse von Atemluftproben zu medizinischen Zwecken
  • Signaturanalysen zur Bestimmung des Dieselrußanteils im Feinstaub
  • Bestimmung der Gehalts an organischem Kohlenstoff, elementarem Kohlenstoff (Ruß) und mineralischen Bestandteilen in Feinstaubproben
  • Betrieb von Diodenlaserspektrometern als Referenzverfahren der Spurengasanalytik sowie zum direkten Nachweis von Spurengasen im ppt-Bereich

Diodenlaserspektrometer

Signaturanalysen zur Bestimmung des Dieselrußanteils im Feinstaub

Es wurde eine neuartige Methode zur Identifizierung und Quantifizierung des Dieselrußanteils am Gesamtfeinstaubwert [1] entwickelt. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem eine Feinstaubprobe auf einem Quarzfilter in einem geschlossenen System ausgeheizt und anschließend gaschromatographisch untersucht wird. Dabei werden ausschließlich organische Anteile des Feinstaubes erfasst. Emissionsuntersuchungen an verschiedenen Dieselfahrzeugen unterschiedlichen Baujahres und Typs zeigten eine typische, reproduzierbare Signatur, die eine Identifikation des Dieselrußanteils erlaubt. Die ermittelte Signatur kann eindeutig von der anderer organischer Feinstaubquellen (z. B. Hausbrand, Reifenabrieb usw.) unterschieden werden. Anhand dieser Messungen konnte eine Proportionalität zwischen der gesammelten Dieselrußmasse und der aus dem Gaschromatogramm ermittelten Signaturstärke der charakteristischen Peaks bestimmt werden. Nach Identifikation und anschließender Bestimmung der Dieselrußmasse mit der Signatur-Masse-Proportionalität kann so auf den Dieselrußanteil am Gesamtfeinstaubwert PM10 in jeglicher Feinstaubprobe zurückgeschlossen werden (zu Details vgl. Abb. 1).

DieselrußanteilAbb. 1: Vorgehensweise bei der Identifizierung und Quantifizierung des Dieselrußanteils am Feinstaubwert (Details vgl. Text).

 

Schnelle Gaschromatographie / Massenspektrometrie zur VOC-Analytik

Flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOC) werden von Bäumen emittiert oder entstehen bei Verbrennungsprozessen. In der Troposphäre können Hunderte verschiedene VOCs nachgewiesen werden. Eine spezifische Analytik dieser Ozonvorläufer setzt eine Trennung nach Molekülmasse oder mittels Gaschromatographie voraus. Wir haben in unserem Institut ein mobiles GC/MS-System entwickelt, das VOC mit einer Zeitauflösung von 3 Minuten, einer Größenordnung schneller als herkömmliche Geräte, trennt und nachweist. Das GC/MS besteht aus Elektronikeinheit (rot), GC/MS(grün), Kühleinheit (blau) und Gasversorgung (gelb). Der Einsatz im MOBILAB oder im Zeppelin ermöglicht die hochaufgelöste Messung von VOC, z.B. von Toluol über Mitteleuropa.

Toluol Messungen während der Kampagne 2012Die gesamten Toluoldaten für die Kampagne 2012 mit den Haupteinsatzgebieten in den Niederlanden und Italien. Bei den Überflügen sind Regionen mit sehr reiner Luft wie die Ostalpen (blau) und die Adriaküste, aber auch Regionen mit höherer Schadstoffbelastung (rot) wie die Regionen um Frankfurt am Main, Rotterdam und Bologna zu erkennen.

Publikationen

Wenk, A.-K. (2016). Optimierung und Anwendung eines schnellen GC-MS-Systems für mobile Messungen flüchtiger organischer Substanzen. (PhD Thesis), University of Cologne, Cologne.

Jäger, J. (2014). Airborne VOC measurements on board the Zeppelin NT during the PEGASOS campaigns in 2012 deploying the improved Fast-GC-MSD System. (PhD Thesis PhD Thesis), University of Cologne, Cologne.

Klemp, D., D. Mihelcic and B. Mittermaier (2012). Messung und Bewertung von Verkehrsemissionen. Jülich, Forschungszentrum Jülich, Zentralbibliothek.

Urban, S. (2010). Charakterisierung der Quellverteilung von Feinstaub und Stickoxiden in ländlichem und städtischem Gebiet. Jülich, Forschungszentrum Jülich, Zentralbibliothek.

Janson, S., H.-J. Buers, D. Klemp and F. Rohrer (2008). Methode zur Quantifizierung des Dieselrußanteils im Feinstaub. Neue Entwicklungen bei der Messung und Beurteilung der Luftqualität. - Düsseldorf, VDI, 2008. - (VDI-Berichte ; 2040). - S. 101 - 109.


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