DGUV Information 213-544 - Verfahren zur Bestimmung von Kohlenstoff im Feinstaub...

Online-Shop für Schriften

Jetzt bei uns im Shop bestellen

Jetzt bestellen
Abschnitt 2.3, 3 Analytische Bestimmung
Abschnitt 2.3
Verfahren zur Bestimmung von Kohlenstoff im Feinstaub – anwendbar für partikelförmige Dieselmotor-Emissionen in Arbeitsbereichen – (bisher: BGI 505-44)
Titel: Verfahren zur Bestimmung von Kohlenstoff im Feinstaub – anwendbar für partikelförmige Dieselmotor-Emissionen in Arbeitsbereichen – (bisher: BGI 505-44)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 213-544
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 2.3 – 3 Analytische Bestimmung

  1. 3.1

    Probenaufbereitung und Analyse

    Vorversuche haben gezeigt, daß Blindfilter, eingelegt in Kassetten aus Kunststoff (z.B. Polyoxymethylen) signifikant erhöhte Werte gegenüber Filtern aufweisen, die in Kassetten aus Metall eingelegt waren. Die Unterschiede fielen um so höher aus, je länger die Lagerzeit andauerte. Ob diese Erhöhung auf Abrieb oder Abgabe von kohlenstoffhaltigen Verbindungen an das Filtermaterial beruht, ist ungeklärt. Aus diesem Grunde sollten für DME-Bestimmungen Filterkassetten aus Metall eingesetzt werden. Bei Einsatz von Kunststoffilterhalterungen ist eine Säurevorbehandlung der Filter nach der Probenahme erforderlich. Somit werden zumindest die am Filtermaterial absorbierten gasförmigen kohlenstoffhaltigen Verbindungen bei der angewandten Temperatur von 70 C desorbiert. Der durch Abrieb erzeugte Feststoffanteil dürfte demgegenüber als äußerst gering zu betrachten sein.

    Vor Beginn der analytischen Bestimmung ist der Blindwert der Apparatur zu prüfen, in dem man das Coulometer unter den in Abschnitt 3.2 beschriebenen apparativen Bedingungen mit Quarzglaslöffel, jedoch ohne Blindfilter, leer laufen läßt. Anhand dieser Leermessungen wird der Blindwert ermittelt. Wenn dabei ein Wert unter 10 μg Kohlenstoff eingehalten wird, können die Filtermessungen beginnen.

    Diese Operation dient der Aufdeckung möglicher Leckagen bzw. unkontrollierter Eintragungen von Kohlenstoff bzw. dessen Verbindungen, die Kohlendioxid enthalten bzw. sich zu Kohlendioxid umsetzen lassen.

    Eine weitere Überprüfung der apparativen Parameter hat mindestens einmal täglich durch die Bestimmung der Wiederfindungsrate zu erfolgen. Hierzu werden 0,1 ml Oxalsäure (Maßlösung) auf einen Quarzglaslöffel gegeben, der dann in das Quarzglasrohr eingeschoben wird. Die tolerierbare Abweichung von der Sollmasse 120 μg Kohlenstoff beträgt 5 %.

    Eine ausführliche Beschreibung des coulometrischen Verfahrens findet sich in VDI 3481 Blatt 2 [10].

    Zur Kontrolle möglicher Kontamination während der Probenahme sind die Blindwerte des vollständigen Verfahrens zu ermitteln. In der Praxis hat sich gezeigt, daß pro Probenahmesystem, Meßtag und -ort mindestens ein Blindfilter (im Halter) mitzuführen ist. Bei Vorliegen geringer DME-Belastungen ist es sinnvoll, eine größere Zahl von Blindfiltern (im Halter) mitzuführen und an ihnen im Labor die individuelle Bestimmungsgrenze des Verfahrens zu ermitteln.

    Zur Eliminierung möglicher Carbonatquerempfindlichkeiten können 45 μl 3 %iger Salzsäure pro cm2 Filterfläche auf das Filter (Blindfilter und belegte Filter) aufgegeben und 1 h bei 70 C außerhalb des Analysensystems erwärmt werden. Dieser Vorgang wird ein zweites Mal wiederholt. Mit dieser Vorgehensweise werden auch die Filterblindwertstreuungen und damit die Bestimmungsgrenze unter die angegebenen Werte erniedrigt.

    Die Bestimmung von OC und EC erfolgt in zwei aufeinander folgenden Schritten:

    1. 1

      Schritt:

      Zur OC-Bestimmung wird das Filter 8 Minuten im Stickstoffstrom bei 500 C thermisch behandelt.

    2. 2

      Schritt:

      Zur EC-Bestimmung sind grundsätzlich zwei alternative Verfahrensvarianten möglich:

      1. 1

        Das Filter wird auf dem Quarzglaslöffel in das Quarzglasrohr eingeführt, im Ofen I 2 Minuten im Sauerstoffstrom bis maximal 450 C erhitzt und dann 9 Minuten bis auf 650 C hochgeheizt.

      2. 2

        Das Filter wird auf dem Quarzglaslöffel in das Quarzglasrohr eingeführt, im Ofen I 0,5 Minuten im Sauerstoffstrom bis maximal 300 C erhitzt und dann 4,5 Minuten bis 800 C hochgeheizt.

      Am Coulometer werden die Impulse nach jedem Schritt abgelesen und auf die Kohlenstoffmasse umgerechnet.

      Die Durchführung der beiden Schritte kann zum einen unmittelbar nacheinander durch Umschalten der entsprechenden Gasversorgung erfolgen, hierbei verbleibt das Filter im Quarzglasrohr. Zum anderen kann die Probenserie auch zunächst der Messung im Stickstoffstrom (1. Schritt) unterworfen werden und anschließend der Messung im Sauerstoffstrom (2. Schritt).

      Bei der Überführung von Blind- und beaufschlagten Filtern sind Pinzetten zu verwenden.

      Bei der thermischen Behandlung der Proben, wie oben beschrieben, lassen sich Querempfindlichkeiten durch Carbonatzersetzung (höhere Befunde) grundsätzlich nicht ausschließen. Dies gilt insbesondere für die Variante 2, die mit 800 C arbeitet. Daher ist in diesem Falle eine Säurebehandlung der Filter, wie oben beschrieben, erforderlich.

      Bei hoher Filterbelegung, z.B. zu erkennen an der tiefschwarzen Farbe der beaufschlagten Filter, kann eine schlagartige Verbrennung bzw. Verpuffung stattfinden. In diesen Fällen ist es notwendig, durch langsamere Aufheizung einen kontrollierten Verlauf der Reaktion zu gewährleisten.

      Ferner ist es empfehlenswert, die vollständige Verbrennung zu überprüfen. Dazu soll die coulometrische Bestimmung mit demselben Filter unter den oben beschriebenen Parametern wiederholt werden.

  2. 3.2

    Instrumentelle Arbeitsbedingungen

    Die in Abschnitt 5 angegebenen Verfahrenskenngrößen wurden unter folgenden Gerätebedingungen erarbeitet:

    Gerät: Coulomat 702 DR

    • Natronkalkvorlage,

    • Strömungsmesser,

    • Quarzglasrohr:

      1. 1

        Abschnitt:

        Desorption/Verbrennung, zur Aufnahme der Filter im Quarzglaslöffel,

      2. 2

        Abschnitt:

        Variante 1: zur Aufnahme des Platinnetzes und des Kupferoxids,

        Variante 2: zur Aufnahme des Kupferoxids,

      3. 3

        Abschnitt:

        zur Aufnahme der Silberwolle,

    • Reaktionsöfen:

      Ofen zur Sauerstoffreinigung,

      Ofen I für die Desorption/Verbrennung,

      Ofen II für das Platinnetz und das Kupferoxid,

      Ofen III für die Silberwolle,

    • Temperaturkontrollgeräte für die Ofenheizungen,

    • Kondensatabscheider kombiniert mit Entwicklungsgefäß,

    • Perhydritvorlage,

    • Förder- und Dosierpumpe,

    • Thermostat,

    • Titriereinrichtung:

      Absorptionsgefäß mit Rührvorrichtung,

      pH-Einstabmeßkette,

      Anodengefäß mit Kondensatabscheider,

    • Coulometer:

      Steuereinrichtung (pH-Einstellung, Timer),

      Meßeinrichtung (pH-Meter),

      Meßmotor,

      Impulszähler.

    Bedingungen für die Ausheizung im Stickstoffstrom (1. Schritt):

    Ofen IHeiztemperatur: 500 C,
    Ofen IIHeiztemperatur: 800-900 C,
    Ofen IIIHeiztemperatur: 400-500 C,
    Stickstoffstrom:50 l/h.

    Bedingungen für die Verbrennung im Sauerstoffstrom (2. Schritt):

    Ofen zur Sauerstoffreinigung Heiztemperatur: 1100 C,

    Ofen I Heiztemperatur:
     Variante 1:650 C, oder
     Variante 2:800 C,
    Ofen II Heiztemperatur: 800-900 C,
    Ofen III Heiztemperatur: 400-500 C,
    Sauerstoffstrom:50 l/h.