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Ringversuche der staatlichen Immissionsmessstellen (STIMES) - Stickoxide und Ozon, vom 16. bis 18. September 2014

In der Zeit vom 16. bis 18. September 2014 fand im Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz NRW (LANUV) ein Ringversuch der staatlichen Immissionsmessstellen der Bundesländer (STIMES) statt. Der Ringversuch beinhaltete die Messkomponenten Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und Ozon. Es wurden das Messverfahren Chemilumineszenz für NO und NO 2 , die UV-Absorption CAPS für NO 2 und die UV-Absorption für Ozon angewendet. Fachbericht 37 | LANUV 2011 Fachbericht 32 | LANUV 2011 Fachbericht 30 | LANUV 2011 Fachbericht 12 | LANUV 2009 Fachbericht 10 | LANUV 2008 Fachbericht 4 | LANUV 2007

Messung von Stickstoffdioxid in der Außenluft mit Passivsammlern in NRW

Die Richtlinie 2008/50/EG über Luftqualität und saubere Luft für Europa ist Grundlage der Immissionsmessungen in Europa. Diese Richtlinie wurde mit der 39. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes - 39. BImSchV - in deutsches Recht umgesetzt. In Anlage 6, Abschnitt A.2 der 39. BImSchV (entsprechend Anhang 6 der Richtlinie 2008/50/EG) wird das Referenzverfahren für die Messung von Stickstoffdioxid festgelegt: Es ist die Methode gemäß DIN EN 14211:2005 (Juni 2005) »Luftqualität - Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid mit Chemilumineszenz«. In Nordrhein-Westfalen werden Immissionsmessungen von Stickstoffdioxid sowohl mit dem in der Richtlinie vorgegebenen Referenzverfahren, als auch dem sogenannten Passivsammlerverfahren nach DIN EN 16339 »Luftqualität - Methode zur Bestimmung der Konzentration von Stickstoffdioxid mittels Passivsammler« durchgeführt. Mit vorliegendem Bericht wird der Nachweis der Einhaltung der Datenqualitätsziele für das Passivsammlerverfahren erbracht. Grundlage dieses Nachweises ist der EU-Leitfaden zur Äquivalenzprüfung, der im Internet zur Verfügung steht.

Unterlage: „Wissenschaftliche Publikationen im Bereich Strahlenschutz 2004“ (PDF, nicht barrierefrei)

Wissenschaftliche Publikationen im Bereich Strahlenschutz 2004 Autor Auer M, Axelsson A, Blanchard X, Bowyer TW, Brachet G, Bulowski I, Dubasov Y, Elmgren K, Fontaine JP, Harms W, Hayes JC, T Heimbigner R, McIntyre JI, Panisko ME, Popov Y, Ringbom A, Sartorius H, Schmid S, Schulze J, Schlosser C, Taffary T, Weiss W, Wernsperger B Bährle H, Dalheimer A, Froning M, Kratzel U, Neudert N, Schäfer I, Ulbricht E Barquinero J F, Stephan G, Schmid E Barth I, Rimpler A Barth I, Rimpler A, Mielcarek J Baumgärtner F, Donhärl W Bayer A (Hrsg) Bergler I, Bernhard C, Gödde R, Löbke-Reinl A, Schmitt-Hannig A (Hrsg) Bergler I, Bernhard C, Gödde R, Löbke-Reinl A, Schmitt-Hannig A (Hrsg) Bieringer J, Schlosser C Bieringer J. Titel Intercomparison experiments of systems for the measurement of xenon radionuclides in the atmosphere. 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Int J Cancer 109:125-31, 2004 Brennan P, Buffler PA, Reynolds P, Wu AH, Wichmann HE, Agudo A, Pershagen G, Jockel KH, Benhamou S, Greenberg RS, Merletti F, Winck C, Fontham ET, Kreuzer M, Darby SC, Forastiere F, Simonato L, Boffetta P Brix G, Kiessling F, Lucht R, Darai Microcirculation and Microvasculature in Breast Tumors: Pharmacokinetic S, Wasser K, Delorme S, Griebel J Analysis of Dynamic MR Image Series. Magn Reson Med. 52: 420-429, 2004 Brix G, Lechel U, Veit R, Assessment of a Theoretical Formalism for Dose Estimation in CT: An Truckenbrodt R, Stamm G, Anthropomorphic Phantom Study. Coppenrath EM, Griebel J, Nagel Eur Radiology 2004; 14:1275-1284 HD 1 Wissenschaftliche Publikationen im Bereich Strahlenschutz 2004 Autor Brüske-Hohlfeld I, Schaffrath Rosario A, Wölke G, Heinrich J, Kreuzer M, Kreienbrock L, Wichmann HE Buchholz W, Dalheimer A, Hartmann M, König K Titel Lungenkrebsrisiko bei Beschäftigten im Uranbergbau. 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Eur Radiology 14:1226-33, 2004 Epidemiologie des Bronchialkarzinoms bei lebenslangen Nichtrauchern. Habilitationsschrift, Medizinische Fakultät der Ludwig-Maximilians- Universität München, 2004 Radon in Wohnungen – ein wichtiger Risikofaktor für Lungenkrebs. Umweltmedizinischer Informationsdienst (UMID) 3/2004; 9-12 Forschungsprojekte zur Wirkung elektromagnetischer Felder des Mobilfunks. Tagungsbericht des 2. Fachgesprächs, Bundesamt für Strahlenschutz, SG-IB-01/04, Februar 2004 Risk of lung cancer and other cancers in the German uranium miners cohort study. In: Proceedings of the 11th International Radiation Protection Association Conference in Madrid, 2004; Funding crisis at the Radiation Effects Research Foundation (Editorial); J Radiol Prot 24:195-197, 2004 Potential funding crisis for the Radiation Effects Research Foundation (Comment); Lancet 364 (9434):557-588, 2004 Unkomplizierte Schwangerschaft und Geburt eines gesunden Kindes bei Schilddrüsen-karzinom nach 68 GBq Iod-131. Nuklearmedizin 43: N68-N70, 2004 Matthes R Public exposure from mobile phone base stations Proceedings of the International NIR Workshop & Symposium, Seville, Spain 20-22 May 2004 Meier S, Buchholz W, König K Ringversuch Herbst 2001 In-vivo Inkorporationsmessanlagen; Ganzkörper/Teilkörper Bericht BfS-SG-IB-04/04, Salzgitter, November 2004 Mestres M, Schmid E, Stephan G, Analysis of alpha-particle induced incomplete chromosome aberrations, Barrios L, Caballin MR, Barquinero using pan-centromeric and pan-telomeric DNA probes. JF Proceedings of the 11th International Congress of the International Radiation Protection Association, Madrid, ISBN 84-87078-05-2, 1a23, 2004 Meyer W, Lehmann R, Kemski J, Influence of building-specific characteristics on the transfer factor and Klingel R prognosis of the transgression probabilities of given radon concentrations. Proceedings of the 7th International Workshop on the Geological Aspects of Radon Risk Mapping, Prag, 15.-17. 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Luftmessnetz: Wo und wie wird gemessen?

Luftmessnetz: Wo und wie wird gemessen? Luftschadstoff-Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit gelten für alle Bürgerinnen und Bürger. Deshalb müssen sie überall eingehalten werden. Für die Lage und Zahl der Messstationen sowie für die verwendeten Messverfahren gibt es klare gesetzliche Vorgaben, die europaweit gelten. Gesetzliche Grundlagen Die Güte der Außenluft ist europaweit nach einheitlichen Vorgaben zu überwachen und bewerten. Das ist die Grundvoraussetzung, um zu vergleichbaren Daten zur Luftqualität in Europa zu gelangen. Die gesetzliche Grundlage hierfür ist die EU-Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG mit ihrer Änderung 2015/1480/EG. Diese europäische Richtlinie und deren Änderung sind mit der 39. Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz ( 39. BImSchV ) 1:1 in deutsches Recht überführt worden. Die für die Überwachung der Luftqualität in Deutschland verantwortlichen Behörden der Länder betreiben gemäß dieser Vorgaben Luftgütemessstationen. Grundsatz der Luftqualitätsüberwachung Grundprinzip der europäischen Richtlinie ist es, die Einhaltung der Grenzwerte zum Schutz der menschlichen Gesundheit überall sicherzustellen. Ausgenommen von dieser Anforderung sind lediglich Bereiche, zu denen die Öffentlichkeit keinen Zugang hat (z.B. Autotunnel) und es keine festen Wohnunterkünfte gibt, Industriegelände und Fahrbahnen. Die Messstationen sind deshalb so aufzustellen, dass sie die höchsten Konzentrationen erfassen, denen die Bevölkerung ausgesetzt ist. Für Schadstoffe - wie z.B. Stickstoffdioxid - die überwiegend aus dem Verkehr stammen, wird diese Forderung mit Messstationen an viel befahrenen Straßen in Städten (so genannten verkehrsnahen Messstationen) erfüllt. Aus diesen Daten lässt sich durch einfache Abschätzungen auf die räumliche Ausdehnung der Belastung bzw. auf andere belastete Straßen schließen. Neben der Forderung, am Ort der höchsten Belastung zu messen, sollen zudem Konzentrationsdaten erhoben werden, die für die ⁠ Exposition ⁠ der Bevölkerung allgemein repräsentativ sind. Dies erfolgt an Messstationen in typischen städtischen Wohngebieten, so genannten städtischen Hintergrundmessstationen. ( Anlage 3 A und B der 39. BImSchV ) Zahl der Messstationen Nach den europäischen Vorgaben ist das gesamte Hoheitsgebiet eines Mitgliedstaates in Ballungsgebiete – das sind Städte mit mehr als 250.000 Einwohnern - und sonstige Beurteilungsgebiete einzuteilen und zu beurteilen. Eine flächendeckende Abdeckung kann mit Messungen nicht gewährleistet werden und ist auch nicht in der Richtlinie vorgesehen. Auch eine auf Städte und Gemeinden herunter gebrochene Messverpflichtung ist gesetzlich nicht vorgegeben. Aus der Kombination von Einwohnerzahl und Belastungssituation in jedem einzelnen Beurteilungsgebiet ergibt sich die Zahl und Art (verkehrsnah, städtischer Hintergrund) der Messstationen, die pro Schadstoff im jeweiligen Gebiet mindestens zu betreiben sind. Spätestens alle 5 Jahre muss diese Zuordnung überprüft werden. ( Anlage 5 der 39. BImSchV ) Lage der Messstationen Neben dem Grundprinzip, am Ort der höchsten Belastung zu messen, macht die Richtlinie konkrete Vorgaben zum Abstand verkehrsnaher Messstationen zur nächsten Kreuzung, zum Fahrbahnrand, zu Gebäuden, zu den Anströmungsbedingungen und auch zur Höhe der Messeinlassöffnung (dort wird die zu untersuchende Luft angesaugt). Demnach soll eine verkehrsnahe Station z.B. nicht weiter als 10 Meter vom Fahrbahnrand und mindestens 25 Meter entfernt von einer verkehrsreichen Kreuzung aufgestellt werden. Zusätzlich müssen jedoch auch Störfaktoren (z.B. Bäume, Balkone), Sicherheit, Zugänglichkeit, Stromversorgung und Telefonleitungen, Sichtbarkeit der Messstation in der Umgebung, Sicherheit der Öffentlichkeit und des Betriebspersonals bei der Standortwahl berücksichtigt werden. ( Anlage 3 C der 39. BImSchV ) Hinweis: Einige ältere Messstationen können ggf. von den in der Anlage 3 C aufgeführten Kriterien abweichen, da diese bereits lange vor der jetzigen Rechtsprechung aufgestellt wurden. Im Hinblick auf die Fortführung der Messreihe und dem Aufzeigen der Entwicklung der Luftqualität ist eine Versetzung dieser Messstationen nicht zielführend. Der TÜV Rheinland hat im Auftrag des Bundesumweltministeriums die Standortauswahl von bundesweit 70 Stickstoffdioxid-Messstellen untersucht – darunter alle Messstellen, an denen 2017 der Jahresmittelwert für Stickstoffdioxid überschritten wurde. Das Gutachten zeigt, dass die EU-Regeln zur Messung der Luftqualität in den Bundesländern sach- und rechtskonform angewendet werden. Dokumentation und Überprüfung Die Festlegung der Zahl und Lage der Luftmessstationen muss von den verantwortlichen Landesbehörden dokumentiert werden. Die Europäische Kommission überprüft die Einhaltung dieser Vorgaben. Verstöße können Vertragsverletzungsverfahren nach sich ziehen. ( Anlage 3 D der 39. BImSchV ) Referenzverfahren und Datenqualitätsziele Auch die zu verwendenden Messverfahren sind europaweit gesetzlich vorgeschrieben. Hiernach muss z.B. die NO2-Konzentration mit dem Referenzverfahren nach DIN EN 14211:2012, Ausgabe November 2012, „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid mit Chemilumineszenz“ bestimmt werden. Zudem sind Anforderungen an die Datenqualität zu erfüllen. So muss bei ortsfesten Messungen (das sind Messungen die bei einem Belastungsniveau bereits etwas unterhalb des Grenzwerts durchzuführen sind) mindestens 90% der Zeit eines Kalenderjahres durch Messungen abgedeckt werden. Die ⁠ Unsicherheit ⁠ der Messungen darf zudem 15% nicht überschreiten. Kommt ein anderes Verfahren, als das Referenzverfahren zum Einsatz, so müssen die Messnetzbetreiber die Äquivalenz dieses Verfahrens gegenüber der EU-Kommission nachweisen. ( Anlagen 1 , Anlage 6 und Anlage 17 der 39. BImSchV )

Luft/Luftqualität/Luftmessnetz: Messtechnik

Die Messung der Luftschadstoffe im kontinuierlichen Verfahren erfolgt in den Messstationen mit automatisierten Analysatoren. Die Messplatzanforderung für diese Geräte macht es in der Regel erforderlich, eine Luftmessstation als begehbaren thermostatisierten Laborraum auszulegen. Zusätzlich werden meteorologische Größen gemessen, um die für die Entstehung und die Ausbreitung von Luftverunreinigungen bedeutsamen meteorologischen Bedingungen beurteilen zu können. Allgemeine Informationen über die Messung von Luftschadstoffen und das Luftmessnetz haben wir hier für Sie zusammengefasst. Hier erläutern wir die im hessischen Luftmessnetz verwendeten Verfahren zur Messung der Luftschadstoffe sowie der meteorologischen Größen. © HLNUG © HLNUG © HLNUG Messprinzip: Chemilumineszenz Gerätetyp: APNA 370 Hersteller: Horiba Zur Messung von Stickoxiden wird das Chemilumineszenz -Verfahren herangezogen. Chemilumineszenz bezeichnet die Emission von Licht bei einer chemischen Reaktion. Zur Bestimmung des Gehalts an Stickstoffmonoxid (NO) wird die Luft in eine Reaktionskammer geleitet, in der sie mit Ozon im Überschuss gemischt wird. Bei der Reaktion des NO mit dem Ozon entsteht ein angeregtes NO 2 -Molekül, welches beim Übergang in seinen Grundzustand messbare Lichtenergie abgibt (Chemilumineszenz). Diese Strahlung wird detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Sie ist proportional zur NO-Konzentration. Auch Stickstoffdioxid (NO 2 ) kann mit diesem Verfahren ermittelt werden. Das NO 2 muss dazu vor der Chemilumineszenz-Reaktion zu NO reduziert werden. Dies geschieht in einem Konverter durch Reduktion an geeigneten heißen Metalloberflächen. Die Anordnung und Steuerung der Magnetventile im Gerät gewährleistet die erforderliche parallele Messung der Gesamtstickstoffoxid-Konzentration (NO x = NO + NO 2 ) und der NO-Konzentration. Durch Subtraktion wird daraus die NO 2 -Konzentration ermittelt. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von Stickstoffdioxid und Stickstoffoxiden. Sie ist in der DIN EN 14211:2012 „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid mit Chemilumineszenz“ beschrieben. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APNA-370 der Firma Horiba . Messprinzip: Adsorption von NO 2 -Molekülen an ein Medium (Triethanolamin). Anschließend quantitativ-chemische Laboranalyse. Gerätetyp: Palmes tube Hersteller: Passam Passivsammler stellen im Vergleich zu den in der Messstation betriebenen Analysatoren eine kostengünstige und flexible Alternative zur Messung von Stickstoffdioxid dar. Sie benötigen keinen Stromanschluss, sind klein und können lediglich in einem Wetterschutzgehäuse beispielsweise an Laternenmasten angebracht werden. Das Messprinzip der Passivsammler unterscheidet sich vom Messprinzip der Analysatoren. Ein Passivsammler besteht aus einem Polypropylen Röhrchen, das ein Adsorbens (Triethanolamin) enthält. Die NO 2 -Moleküle in der Luft diffundieren in das Röhrchen und werden vom Triethanolamin adsorbiert. Im Gegensatz zu einer Absorption findet bei einer Adsorption nur eine Anhaftung der Moleküle an der Oberfläche des Adsorbens statt. Die Moleküle werden also nicht vollständig von dieser Substanz aufgenommen und können somit einfacher wieder desorbiert werden. Nach einer Probenahmezeit (i.d.R. ein Monat) wird das adsorbierte Material als Nitrit im Labor aus dem Röhrchen extrahiert und seine Masse photo-spektrometrisch über das Saltzman-Verfahren bestimmt. Unter Kenntnis der Probenahmezeit und der Aufnahmerate des Sammlers wird daraus die mittlere NO 2 -Konzentration über diese Probenahmezeit berechnet. Die Aufnahmerate des Sammlers entspricht dabei der Rate, mit der der Sammler das NO 2 aus der Atmosphäre aufnimmt. Sie wird in Hessen jedes Jahr neu kalibriert, indem die Passivsammlerwerte mit dem Referenzmessverfahren verglichen werden. Durch die Kalibrierung der Aufnahmerate, wird das Passivsammlerverfahren an das Referenzmessverfahren angepasst. Die Messwerte der Passivsammler und die Werte der Analysatoren in den Messstationen sind somit als gleichwertig zu betrachten. Für die Kalibrierung der Aufnahmerate wird an einigen Messstationen in Hessen die NO 2 -Konzentration parallel mit einem Passivsammler und dem Referenzmessverfahren, also dem in der Station betriebenen Analysator, gemessen. Die aus diesem Vergleich bestimmte mittlere Aufnahmerate wird für alle in Hessen betriebenen Passivsammler verwendet. Während des laufenden Kalenderjahres erfolgt monatsweise eine Anpassung an das Referenzverfahren aller bis dahin ermittelten Messergebnisse für das Jahr. Nach Abschluss des Kalenderjahres erfolgt eine abschließenden Kalibrierung und Endprüfung der Werte mit einer neu bestimmten Aufnahmerate. Mit der neu bestimmten Aufnahmerate erfolgt eine Neuberechnung der Analysenergebnisse des gesamten Jahres. Aus den ursprünglich bestimmten Nitritwerten wird dann die NO 2 -Konzentration auf Grundlage des Fick’schen Diffusionsgesetzes neu berechnet und der Jahresmittelwert gebildet. Durch diesen Schritt ist eine viel präzisere Übereinstimmung mit den Messwerten der Analysatoren möglich. Die Abweichung zwischen Passivsammlern und Analysatoren beträgt ohne Angleichung im Mittel ca. 6 Prozent und mit der Angleichung im Mittel ca. 2 Prozent. Die Bestimmung der Konzentration von Stickstoffdioxid mittels Passivsammler erfolgt im HLNUG entsprechend der DIN EN 16339 . Die Analyse der Passivsammler ist dabei fremdvergeben. Messprinzip:  UV-Absorption Gerätetyp: APOA 370 Hersteller: Horiba Zur Messung der Ozon-Konzentration wird das Verfahren der UV-Absorption herangezogen, d.h., die Abschwächung von ultraviolettem Licht (UV-Strahlung) durch den Luftschadstoff O 3 . Es handelt sich um ein Absorptionsmessverfahren, das nach dem Lambert-Beer-Gesetz beschrieben wird. Das Messgas wird durch eine Küvette geleitet und mit einer UV-Strahlung im Bereich von 254 nm Wellenlänge durchstrahlt. Die Absorption der UV-Strahlung ist ein Maß für die Konzentration des Ozons in einem Gemisch von Gasen. Die UV-Strahlung wird von einer Photodiode erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Bei dem hier verwendeten Messgerät werden zweimal in der Sekunde abwechselnd Messgas und Referenzgas (O 3 -freie Probe) in die Messküvette eingeleitet. Das Referenzgas wird aus dem vorhandenen Messgas generiert, in dem das Messgas durch einen beheizten „Scrubber“ aus Silberwolle geleitet und das Ozon dabei selektiv entfernt wird. Die O 3 -Konzentration im Messgas ist proportional zum Verhältnis der absorbierten UV-Strahlung mit und ohne O 3 -Gas. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von Ozon. Sie ist in der DIN EN 14625:2012 „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Ozon mit Ultraviolett-Photometrie“ beschrieben. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APOA-370 der Firma Horiba. Messprinzip: Gravimetrie Gerätetyp: DHA-80 Hersteller: Digitel Gerätetyp: SEQ 47/50 Hersteller: Leckel Messprinzip: Hybrid-Verfahren (Nephelometer und  ß-Absorption) Gerätetyp: SHARP 5030 Hersteller: Thermo Messprinzip: Streulichtverfahren Gerätetyp: APDA 372 Hersteller: Horiba Zur Bestimmung der Feinstaubkonzentration bzw. PM (eng. particulate matter) in der Außenluft verwendet das HLNUG verschiedene Verfahren. Beim gravimetrischen Verfahren wird die Außenluft mit einem bekannten, konstanten Volumenstrom durch einen größenselektiven Probeneinlass geführt. Die betreffende PM-Fraktion (PM 10 oder PM 2,5 ) wird für eine Dauer von 24 Stunden auf einem Filter gesammelt. Die Masse der abgeschiedenen Partikel wird durch Wägung des Filters vor und nach der Sammlung des Staubes bestimmt. Mittels Division dieser Masse durch das Probenahmevolumen wird die Massenkonzentration der PM-Fraktion in Mikrogramm pro Kubikmeter berechnet. Das hier beschriebene Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von PM 10 und PM 2,5 . Sie ist in der DIN EN 12341:2023 „Außenluft – Gravimetrisches Standardmessverfahren für die Bestimmung der PM 10 oder PM 2,5 Massenkonzentration des Schwebstaubes“ beschrieben. Das gravimetrische Verfahren liefert als höchste zeitlich Auflösung Tagesmittelwerte der PM-Konzentration. Außerdem bedeutet die Wägung der Filter einen hohen personellen Aufwand. Zusätzlich zum Referenzmessverfahren betreibt das HLNUG deshalb auch Messgeräte, die die PM-Konzentration automatisiert und in einer höheren zeitlichen Auflösung messen. Diese Messgeräte sind eignungsgeprüft. Eine Gleichwertigkeit der Messdaten dieser Geräte zum Referenzverfahren wird regelmäßig durch Vergleichsmessungen überprüft. Für die automatisiert durchgeführten PM-Messungen nutzt das HLNUG zwei verschiedene Messgerätetypen, denen unterschiedliche Messverfahren zugrunde liegen. Das SHARP 5030 der Firma Thermo Scientific basiert auf der Kombination zweier Messprinzipien, der Lichtstreuung von Partikeln (Nephelometrie) und der Abschwächung von Beta-Strahlen beim Durchgang durch eine dünne Schicht an Material (Radiometrie). Bei diesem Gerät wird die Außenluft zunächst über einen größen-selektiven Probenahmekopf geführt, so dass entweder die PM 10 - oder PM 2.5 -Fraktion des Schwebstaubes in das Messgerät eingeleitet und somit die PM 10 - oder PM 2.5 -Massenkonzentration bestimmt wird. Das APDA 372 der Firma Horiba ermittelt die Staubkonzentration mit einem Streulichtverfahren. Die Außenluft wird über einen Probenahmekopf angesaugt und zum Messsensor geleitet. Aus der Anzahl und der Höhe der Streulichtsignale, die die Partikel in einem bestimmten Luftvolumen erzeugen, wird zunächst die Anzahlgrößenverteilung der Partikel bestimmt. Über eine Annahme zu Form und Dichte der Partikel kann dann die Massenkonzentration in verschiedenen Größenfraktionen berechnet werden. Die PM 10 - oder PM 2.5 -Konzentration kann somit gleichzeitig gemessen werden. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem SHARP 5030 dar, mit dem man je nach verwendetem Probenahmekopf nur PM 10 oder PM 2.5 messen kann. Aktuell stellt das HLNUG seine Feinstaubmessungen sukzessive von SHARP 5030 auf APDA 372 Geräte um. Bericht zur Überprüfung der Trenngrade zweier PM 10 -Vorabscheider für 2,3 m 3 /h mittels Messung mit polydispersem Aerosol Bericht zur Überprüfung des Trenngrades eines PM 2,5 -Vorabscheiders für 2,3 m 3 /h mittels Messung mit polydispersem Aerosol Komponente: Staubniederschlag Messprinzip: Gravimetrie Gerätetyp: Bergerhoff (Glas) Hersteller: Weck / Lock&Lock Messprinzip: Gaschromatograph Gerätetyp: GC 866 Hersteller: Chromatotec Messprinzip: IR-Absorption Gerätetyp: APMA 370 Hersteller: Horiba Zur Messung der Kohlenmonoxid -Konzentration wird das Verfahren der nicht-dispersiven Infrarot-Spektrometrie (NDIR) herangezogen, d.h., die Abschwächung von infrarotem Licht (IR- Licht, Wärmestrahlung) durch den Luftschadstoff CO. Es handelt sich um ein Absorptionsmessverfahren, das nach dem Lambert-Beer-Gesetz beschrieben wird. Das Messgas wird durch eine Küvette geleitet und mit einer IR-Strahlung im Bereich von 4,6 μm Wellenlänge durchstrahlt. Die Absorption der IR-Strahlung ist ein Maß für die Konzentration des CO-Gases in einem Gemisch von Gasen. Die Infrarot-Strahlung wird von einem Membrankondensator erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Bei dem hier verwendeten Messgerät werden im 1-Sekunden-Takt abwechselnd Referenzgas (Nullgas, ohne CO) und Messgas in die Messküvette eingeleitet. Die CO-Konzentration im Messgas ist proportional zum Verhältnis der absorbierten Infrarot-Strahlung mit und ohne CO-Gas. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von Kohlenmonoxid. Sie ist in der DIN EN 14626:2012 „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Kohlenmonoxid mit nicht-dispersiver Infrarot-Photometrie“ beschrieben. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APMA-370 der Firma Horiba. Messprinzip: Gasfilterkorrelation Gerätetyp: TE 41 Hersteller: Horiba Messprinzip: GC-FID Gerätetyp: APHA 370 Hersteller: Horiba Messprinzip: Chemilumineszenz Gerätetyp: APNA 370 in Verbindung mit einem NH 3 -Koverter Hersteller: Horiba Für die Messung von Ammoniak (NH 3 ) wird wie bei den Stickoxiden das Chemilumineszenz -Verfahren herangezogen. Der Ammoniak-Analysator ist grundsätzlich identisch zum NOx-Analysator APNA370, nur dass hier ein Ammoniak-Konverter verbaut ist. Zusätzlich zur Bestimmung von NO und NO 2 wird die NO y -Konzentration, die in erster Näherung aus NO, NO 2 und NH 3 besteht, bestimmt. Alle Komponenten werden dafür in einem Konverter zu NO reduziert bzw. oxidiert (NH3 -> NO), allerdings bei sehr viel höheren Temperaturen als beim Stickoxidgerät. Das dadurch entstandene NO reagiert mit Ozon in der Reaktionskammer, es entsteht elektromagnetische Strahlung, die detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das proportional zur NO-Konzentration ist. Die Anordnung und Steuerung der Magnetventile im Gerät gewährleistet die erforderliche parallele Messung der NO y -Konzentration (= NO + NO 2 + NH 3 ), der NO x -Konzentration (= NO + NO 2 ) und der NO-Konzentration. Durch Subtraktion wird daraus die NH 3 -Konzentration ermittelt. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APNA-370 in Verbindung mit einem NH 3 -Koverter der Firma Horiba. Messprinzip: UV-Fluoreszenz Gerätetyp: APSA 370 Hersteller: Horiba Zur Messung von Schwefeldioxid (SO 2 ) wird das UV-Fluoreszenz -Verfahren herangezogen. Die zu messenden Moleküle werden durch UV-Strahlung energetisch angeregt, wodurch die Moleküle Licht abgeben (fluoreszieren). Die Intensität der entstehenden Strahlung ist ein Maß für die Konzentration des zu messenden Gases in einem Gemisch von Gasen. Die entstehende Strahlung wird von einer Photodiode detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Zur Anregung der SO 2 -Moleküle wird eine UV-Strahlungsquelle im Bereich von 200 – 220 nm benötigt. Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung ist proportional zur Anzahl der SO 2 -Moleküle im Gasgemisch. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von Schwefeldioxid. Sie ist in der DIN EN 14212:2012 „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Schwefeldioxid mit Ultraviolett-Fluoreszenz“ beschrieben. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APSA-370 der Firma Horiba. Messprinzip: Thermospannung Gerätetyp: Pyranometer Hersteller: Kipp & Zonen Für die Messung der Globalstrahlung mittels eines Pyranometers wird das Prinzip der Thermospannung genutzt. Die einfallende Strahlung bewirkt eine Erwärmung einer geschwärzten Empfangsfläche. Die hierdurch entstehende Übertemperatur gegenüber den geweißten Flächen wird mittels Thermosäulen in Thermospannungen umgesetzt. Die Thermosäulen bestehen aus einer Hintereinanderschaltung von Thermoelementen, deren „heiße“ Kontaktstellen mit den geschwärzten Empfängern thermisch verbunden sind, während die „kalten“ Kontaktstellen mit den geweißten Teilen der Empfangsfläche im thermischen Kontakt sind. Die Empfangsfläche muss gegen Witterungseinflüsse geschützt werden. Dafür wird Glas verwendet, das aufgrund seiner Eigenschaften die Strahlung im solaren Bereich passieren lässt. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren ist in der VDI 3786 Blatt 5 (2022): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Strahlung“ beschrieben. Messprinzip: piezokeramischer Absolutdrucksensor Gerätetyp: Barogeber Hersteller: Thies Das Messprinzip dieses Barogebers basiert auf dem piezoelektrischen Effekt , der die Änderung der elektrischen Polarisation und somit das Auftreten einer elektrischen Spannung an Festkörpern bei elastischen Verformungen beschreibt. Wenn sich der Luftdruck ändert, bewirkt dies eine minimale Ladungsverschiebung auf molekularer Ebene in der Gitterstruktur der piezoelektrischen Keramik. Diese elektrische Ladung wird an der Kristalloberfläche erfasst und mit einem sogenannten Ladungsverstärker in ein Spannungssignal umgewandelt. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren ist in der VDI 3786 Blatt 16 (2022): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Luftdruck“ beschrieben. Messprinzip: Kippwagenimpuls Gerätetyp: Ombrometer Hersteller: Thies Das Ombrometer besteht aus einem Auffanggefäß und einer Wippe (Kippwaage) . Das aus dem Auffanggefäß ablaufende Niederschlagswasser wird auf eine Wippe mit einem Gefäß auf jeder Seite geführt, bis ein vorbestimmtes Wasservolumen in der einen Wippenseite erreicht ist. Dann kippt die Wippe um und entleert sich, während die andere Seite neu gefüllt wird. Durch eine geeignete elektronische Vorrichtung wird hierdurch ein Impuls erzeugt, der entsprechend gespeichert wird. Die Anzahl der Zählimpulse ist ein Maß für die Niederschlagshöhe, die Zählrate ein Maß für die Niederschlagsintensität. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren ist in der VDI 3786 Blatt 7 (2023): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Niederschlag“ beschrieben. Messprinzip: Haarharfe / Pt 100-Widerstandsthermometer Gerätetyp: Hygro-Thermogeber Hersteller: Thies Ein Hygro-Thermogeber dient zur Messung von Luftfeuchte und Temperatur. Dabei sind beide Messelemente, die auf unterschiedlichen Messprinzipien basieren, in einem Gehäuse verbaut. Beim Haarhygrometer wird das Prinzip der Längenausdehnung von Haaren bei zunehmender Luftfeuchtigkeit ausgenutzt. Als Messelement dient eine Haarharfe , deren Ausdehnung über ein Hebelwerk umgesetzt und auf einer Skala angezeigt wird. Beim Pt 100-Widerstandthermometer wird die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands (Platin) genutzt. Im meteorologischen Messbereich von –50 °C bis 50 °C ist eine weitgehend lineare Temperaturabhängigkeit gegeben. Typischerweise werden Platin-Widerstandsthermometer mit einem Nennwiderstand von R (0 °C) = 100 Ohm (Pt100) eingesetzt. Der Widerstand wird von einem konstanten Strom durchflossen. Die Spannung, die proportional zum Widerstand ist, kann leicht gemessen und in eine Temperatur umgerechnet werden. Die hier beschriebenen und vom HLNUG verwendeten Verfahren sind in der VDI 3786 Blatt 4 (2013): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Luftfeuchte“ sowie in der VDI 3786 Blatt 3 (2012): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Lufttemperatur“ beschrieben. Messprinzip: Ultraschallmessstrecken Gerätetyp: Ultrasonic-Anemometer 2D Hersteller: Thies Das Ultrasonic-Anemometer erfasst Windgeschwindigkeit und Windrichtung in zwei räumlichen Dimensionen. Ultraschallwellen werden von der Luft mitgeführt, sodass die Laufzeit von Signalen über eine Messstrecke mit fester Länge von der Luftzirkulation abhängt. Eine Messstrecke wird durch ein Paar von Ultraschallwandlern gebildet, die sowohl als Sender als auch als Empfänger dienen können. Aus der Differenz der Laufzeiten für verschiedene Richtungen kann sowohl die Windgeschwindigkeit als auch die Windrichtung bestimmt werden. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren ist in der VDI 3786 Blatt 2 (2018): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Wind“ beschrieben. Weitere Hinweise zu Messverfahren und insbesondere zur Belastbarkeit der NO 2 -Passivsammler finden Sie hier: Stellungnahme Beurteilung der Luftqualität Fachbericht des LANUV zum PM-Ringversuch auf dem Gelände des HLNUG Es gibt eine neue Untersuchung zur Abscheidecharakteristik von PM 2,5 -Vorabscheidern , die die Untersuchung zur Abscheidecharakteristik von PM 10 -Vorabscheidern von 2010 ergänzt

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie, Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie durchgeführt. 1. Entwicklung eines kontinuierlichen Konzentrierungsverfahrens mit Crossflow-Ultrafiltration für Mikroorganismen aus Roh- und Trinkwasserleitungen der Wasserwerke. 2. Weiterentwicklung der zweiten Konzentrierungs- und Aufreinigungsstufe für Mikroorganismen und Viren für HOLM-System. 3. Erarbeitung eines on-Chip-Multiplex-Amplifizierungverfahren mit nachfolgender Chemilumineszenz-Detektion auf MCR 3. 4. Testung des Gesamtverfahrens (HOLM) auf Roh- und Trinkwasserproben AP 1. Schnittestellenerarbeitung für Gesamtsystem HOLM, AP 2. Kontinuierliche Crossflow-Ultrafiltration (Konti-CUF) zur Aufkonzentrierung aus fließendem Roh- und Trinkwasser (größer als 1 m3 auf ca. 20 L), AP 3. Zweistufiges Aufkonzentrierungsgerät bestehend aus Crossflow-Ultrafiltration und monolithische Affinitätsfiltration (CUF-MAF) (10 - 100 L auf ca. 1 mL), AP 4.on-Chip-basierte Amplifikationsmethoden für die Multiplex-Mikroarray-Analyse, AP 5. Testung des Gesamtverfahrens (HOLM) auf Rohwasser- und Trinkwasserproben AP 6. Berichterstellung, Präsentationen, Publikationen der gewonnen Forschungsergebnisse.

Entwicklung und Bau einer Ozon-Zusatzsonde zur Messung von Ozonprofilen bis in eine Hoehe von 45 km

Das Projekt "Entwicklung und Bau einer Ozon-Zusatzsonde zur Messung von Ozonprofilen bis in eine Hoehe von 45 km" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Physikalische Chemie, Theoretische Chemie und Nuklearchemie durchgeführt. Die Ozon-Zusatzsonde wird nach dem Prinzip der Oberflaechenchemiluminiszenz mit einem Farbstoff entwickelt. Der Gasdurchsatz wird duch ein Geblaese so hoch gemacht, dass das Messsignal bis in grosse Hoehen flussratenunabhaengig wird. Der entwickelte Sondentyp wird auf dem Hohenpeissenberg mit einer nasschemischen Sonde am Ballon eingesetzt, was der in-situ Kontrolle der am Boden kalibrierten Zusatzsonde dient. Die Sonde kann wegen ihres geringen Gewichtes (Batteriebetrieb) auch fuer Sondierungen in der Troposphaere eingesetzt werden.

Teilprojekt 8

Das Projekt "Teilprojekt 8" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von R-Biopharm AG durchgeführt. Das Ziel der Arbeiten ist die Bereitstellung molekularbiologischer Methoden zum Vor-Ort Echtzeitnachweis von pathogenen Mikroorganismen in Wasser. Realisiert werden soll eine technische Plattform für die inline-Analytik auf der Basis der Chemilumineszenz-Detektion. Hierzu werden amplifizierte Nukleinsäuren aus Pathogenen auf einem regenerierbaren DNA-Mikroarray mit Chemilumineszenz nachgewiesen. Momentan werden bakterielle Kontaminationen in der Wasseranalytik mittels Anzuchtverfahren nachgewiesen. Hierfür werden Wasserproben entnommen und im Labor durch Filterung angereichert und dann kultiviert. Die ersten Ergebnisse sind nach 12-24h zu erwarten, bei Legionellen im Extremfall erst nach 10 Tagen. Ein Nachweis von Viren erfolgt derzeit nur bei Verdacht auf Kontaminationen des Wassers nach einem Virenausbruchgeschehen. Ein Nachweis von Erregern, die in klassischen Verfahren nicht kultivierbar sind, kann mit den derzeitig eingesetzten Verfahren nicht erfolgen. Die Konzeption des hier vorgeschlagenen Teilvorhabens versucht die Vorteile des sensitiven und schnellen Nachweises von Nukleinsäuren mit der einfachen Nutzung durch nicht geschultes Personal zu vereinbaren. Die Tests sollen jedoch multiplexfähig sein und eine zuverlässige quantitative Aussage zu den nachgewiesenen Pathogenen vor Ort ermöglichen. Das geplante Nachweissystem soll eine hohe Anwenderfreundlichkeit aufweisen und ohne spezielle Kenntnisse angewendet werden können. Diagnostische Systeme für die Wassermittelanalytik, die ohne langwierige Schulungen oder spezielles Ausbildungswissen der Endnutzer eingesetzt werden können, haben das Potential einer schnelleren und präziseren Diagnostik in Bereichen, die auf eine sofortige und dezentrale Datengenerierung angewiesen sind. Dies ist im Rahmen von Prozesskontrollen der Wasserüberwachung Entwicklungsländern der Fall, aber auch bei der Kontrolle von Wasser in Entwicklungs- und Schwellenländern. Die konventionelle Ermittlung von pathogenen Keimen durch die zeitaufwändige Prozesskette Probennahme, Versand/Überführung in das Labor, Laboranalyse und Rückübermittlung des Analysenergebnisses wird auf diese Weise umgangen.

Flugzeugmessungen zur Untersuchung der Wirkung von Wolken auf die Verteilung und Umwandlung von Spurenstoffen in der Atmosphaere

Das Projekt "Flugzeugmessungen zur Untersuchung der Wirkung von Wolken auf die Verteilung und Umwandlung von Spurenstoffen in der Atmosphaere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt, Zentrum für Umweltforschung durchgeführt. Ziel des F+E-Vorhabens ist die Untersuchung von physikalisch-chemischen Prozessen, die sich in den Wolken und deren Umfeld in der freien Atmosphaere abspielen. Voraussetzung hierfuer ist die Bereitstellung geeigneter Sammel- und Messverfahren. Als Schwerpunkt wird in diesem Vorhaben ein Impaktor-Sammler fuer den Flugzeugeinsatz entwickelt, der die gleichzeitige Probenahme der drei Phasen (Gas, Aerosolpartikel, Tropfen) von Wolken ermoeglicht. Der Sammler wird im Windkanal und Wolkenwindkanal getestet. Die Tests im Flugzeugeinsatz werden gleichzeitig einen Vergleich mit vorhandenen Wolkenwassersammlern erlauben. Parallel dazu werden die bestehenden Chemilumineszenzverfahren fuer H2O2 und S(IV) fuer die On-line-Analyse im Flugzeug weiterentwickelt und im Feldeinsatz getestet. Die Bereitstellung der hier entwickelten Probenahme- und Analyseverfahren sind unabdingbare Voraussetzung fuer die simultane Erfassung von Ausgangs- und Endprodukten in Feldexperimenten zur Untersuchung der Auswirkung von Wolken auf die Schadstoffverteilung in der Atmosphaere.

Bildung und Umwandlung von Wasserstoffperoxid und organischen Peroxiden in Waeldern

Das Projekt "Bildung und Umwandlung von Wasserstoffperoxid und organischen Peroxiden in Waeldern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft zur Förderung der Spektrochemie und Angewandten Spektroskopie, Institut für Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie durchgeführt. Achievements: The degradation of natural non methane hydrocarbons (NMHC) (isoprene and terpenes) and formation of peroxides in forest air have been studied. Reliable sampling and determination techniques were developed for the detection of isoprene and monoterpenes. For hydrogen peroxide a previously developed method based on cryosampling and chemiluminescence detection was available. A technique based on the adsorptive preconcentration on 2 adsorbents, combined with an ozone scrubber in front of the sampling tubes was chosen for the measurement of biogenic hydrocarbons. The complexity of the composition of ambient air required the use of a high resolution gas chromatographic analysis coupled with mass spectrometric detection. Several measurement campaigns were carried out at different locations to investigate isoprene and monoterpene concentrations as well as their degradation in and above forests. In addition to the field measurements, Norway spruce saplings were exposed to controlled concentrations of ozone in closed glass chambers to elucidate the influence of ozone, respectively ozone biogenic alkene reaction products, on the monoterpene output of the plant. During ozone fumigation the more reactive monoterpenes d-limonene and beta-phellandrene were found in higher amounts, although a considerable fraction of them was certainly degradated as a consequence of their gas phase reactions. The determination of terpenes in needle tissue from fumigated trees showed results significantly different from those obtained with needles of the control plants. The monoterpene content of current year needles was generally diminished after a fumigation period of about 5 months. Also the amounts of other biogenic hydrocarbons, like sesquiterpenes, diterpenes and oxidized terpenes were reduced in the ozone treated plants. In contrast, recent studies on the monoterpene metabolism investigated in open top chambers have shown no or only slight differences between ozone treated and control plants. Possibly the high air flow through the open top chambers and therefore the low concentrations of products of ozone monoterpene reactions are responsible for these contradictory results. The 2 most widely used techniques for sampling of airborne nonmethane hydrocarbons (NMHC) in remote areas, namely the adsorptive preconcentration on organic polymers or carbon based materials and the whole air sampling in stainless steel canisters, were checked in laboratory studies and field studies regarding their suitability for the collection of unsaturated natural NMHCs, such as isoprene and terpenes. The experiments have shown that ozone scrubbing prior to the preconcentration step is necessary if adsorptive preconcentration is chosen, otherwise an underestimation of some natural alkenes is unavoidable...

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