Leseprobe: Partikelmessung für Praktiker

Vorwort

Stellen Sie sich vor, Sie liegen an einem Strand in der Sonne und lassen sich den Sand durch die Finger rieseln. Feiner Sand hat einen mittleren Korndurchmesser von 0,5 mm/500 µm. Das Verhältnis eines Sandkorns zu einem mit dem bloßen Auge nicht mehr erkennbaren Partikel in der Größe von 0,5 µm/500 nm entspricht ungefähr dem eines Felsblocks von 5 m Durchmesser zu diesem Sandkorn. Damit haben Sie eine Vorstellung von den Größenverhältnissen, mit denen man sich bei der Partikelmessung auseinandersetzen muss.

Um das Verhalten von Partikeln beurteilen zu können, ist es notwendig, ihre Massen- oder ihre Größenverteilung zu kennen. Dafür gibt es unterschiedliche Messverfahren, die nicht zuletzt von den Eigenschaften der Partikel abhängen. In diesem Whitepaper wollen wir Ihnen grundlegende Informationen zu den bei Testo zum Einsatz kommenden Methoden der Partikelmessung vermitteln und Ihnen dabei unsere Partikel-Messgeräte vorstellen. Sie finden hier Informationen und Anwendungsbeispiele zum

  • testo 338, dem Schwärzungsgrad-Messgerät für Abgase von Dieselmotoren
  • testo 380, dem Feinstaubmessgerät für Schornsteinfeger nach der 1. BImSchV
  • testo DiSCmini, dem Handmessgerät für die Messung der Anzahlkonzentration von Nanopartikeln
  • testo NanoMet3, dem PEMS (Portable Emission Measurement System) für die Messung der Nanopartikel-Emissionen bei Kraftfahrzeugen. Sie haben weitere Anregungen oder möchten weitere Punkte ergänzt sehen? Teilen Sie dies einfach unserem Testo-Projektteam mit. Wir werden Ihre Rat- und Vorschläge gerne in den folgenden Versionen dieses Whitepapers berücksichtigen.

Sie haben weitere Anregungen oder möchten weitere Punkte ergänzt sehen? Teilen Sie dies einfach unserem Testo-Projektteam mit. Wir werden Ihre Rat- und Vorschläge gerne in den folgenden Versionen dieses Whitepapers berücksichtigen.

Testo bietet Partikelmessgeräte für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete.

Einführung in die Partikelmessung bei Testo

Partikelmessung im Allgemeinen

Partikel sind Teile eines heterogenen Stoffgemisches, die sich klar vom umgebenden Medium – einem Gas wie beispiels­weise Luft oder einer Flüssigkeit – abgrenzen. Besteht dieses Stoffgemisch aus Gas und darin schwebenden Partikeln, handelt es sich um ein Aerosol, während mit einer Suspension eine Mischung von Flüssigkeiten und Feststoffen gemeint ist.

Bei Testo beschäftigen wir uns mit der Messung von Aerosolen – mit den Partikeln, die uns in der Luft umgeben oder in diese emittiert werden.

Solche Partikel können natürlichen Ursprungs oder ein Ergebnis menschlichen Handelns sein. Sandpartikel, die vom Wind aufgewirbelt und verweht werden, Gischt, die bei stürmischem Wetter an den Küsten entsteht, Asche und Ruß, die bei Waldbränden und Vulkanausbrüchen kilometerweit durch die Luft getragen werden – Partikel werden seit Urzeiten emittiert. Nur waren sich unsere Vorfahren nicht bewusst, welche Gefahren manche dieser Partikel in sich bergen. So zeigt eine Untersuchung der Gletschermumie Ötzi, dass sich durch das allabendliche Sitzen am offenen Feuer eine große Menge von durch Verbrennung generierten Partikeln in den Lungen abgelagert hatte [1].

Für den heute in den Städten auftretenden Feinstaub sind größtenteils der Straßenverkehr, industrielle Prozesse und das Heizen unserer Wohnungen verantwortlich. Die Seeluft mit ihren Salzpartikeln zeigt hingegen, dass nicht alle emittierten Partikel negative Auswirkungen auf unsere Gesundheit haben müssen. Leider stellen heute gesundheitlich bedenkliche, menschengemachte Stoffe einen großen Teil der Partikel im Feinstaub dar [2].

 

[1] https://www.researchgate.net/publication/267237729_EFTEM_tells_us_what_the_Tyrolean_Iceman_inhaled_5300_years_ago)
[2] https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/wirkungen-von-luftschadstoffen/wirkungen-auf-die-gesundheit#textpart-1

Feiner Sand hat einen mittleren Korndurchmesser von 500 µm, Feinstaub weniger als 10 µm.
Partikelgrößen im Vergleich

Warum messen wir Partikel?

Es lassen sich unterschiedliche Gründe für eine Partikelmessung identifizieren. Neben der Kontrolle der Partikelbelastung durch Feinstaub in Innenstädten misst man Partikel auch, um die Effizienz von Verbrennungsprozessen zu beurteilen oder um Aussagen zu Materialeigenschaften treffen zu können. Gründe gibt es einige, und wir haben die folgenden drei für unsere Messgeräte identifiziert.

Gesundheitliche Aspekte
Heute tun wir fast alles, um unsere Gesundheit zu erhalten. Wir ernähren uns bewusst, treiben Sport und vermeiden Aktionen, die die Gesundheit belasten. Das sind die offensichtlichen Faktoren.

Wenn wir uns dem Feinstaub mit seinen Partikelgrößen von maximal 10 µm zuwenden, dann wird uns jedoch schnell klar, dass sich diese gesundheitliche Belastung nicht mit einem morgendlichen Blick aus dem Fenster feststellen lässt. Während Partikel mit einer Größe von 10 µm – immerhin fünf- bis achtmal dünner als ein menschliches Haar – schon von den oberen Atemwegen herausgefiltert werden und nicht bis in die Bronchien gelangen, dringen kleinere Partikel mit einer Größe um 1 µm bis dorthin vor. Ultrafeinstaub, bestehend aus Nanopartikeln mit einer Größe von weniger als 0,1 µm, lagert sich nicht nur in den Lungenbläschen ab, sondern dringt in den Blutkreislauf ein. So kann er zu jedem Organ transportiert werden und sich dort ablagern [3]. Oft sind die Oberflächen von Partikeln mit weiteren Substanzen benetzt. Sind daran gesundheitsschädliche Kohlenwasserstoffe beteiligt, kann Feinstaub eine große Gefahr für die Gesundheit darstellen.

Grund genug, die Feinstaubemissionen einzudämmen und die Erfolge durch regelmäßige Messungen der Konzentrationen zu belegen.

Ein Kaminfeuer verströmt angenehme Wärme, verursacht aber auch Feinstaub.

Maschineneffizienz und Prozessüberwachung
Weiter oben haben wir die Beheizung unserer Wohnräume als eine Quelle für Feinstaub ausgemacht. Hier offenbart sich eine Zwickmühle: Durch die Optimierung der Verbrennungsprozesse wurde der Ausstoß von Partikeln einerseits zwar reduziert, andererseits entstehen dadurch mehr kleine Partikel – Partikel, die in der Feinstaubbilanz zu Buche schlagen. Um diese Heizungen noch umweltfreundlicher gestalten zu können, muss der mögliche Partikelausstoß nicht nur bei der Neuentwicklung und Optimierung dieser Systeme überprüft werden. Die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte muss regelmäßig untersucht werden.

Diese Überlegung liegt auch der regelmäßigen Kontrolle der Partikelemissionen von Kraftfahrzeugen zugrunde. Dabei stehen die als „Dreckschleudern“ verschrienen Dieselmotoren häufig zu Unrecht in der Kritik. Zwar gilt es, die Funktion eines Partikelfilters regelmäßig zu überprüfen. Doch mit funktionierendem Filter stößt ein moderner Dieselmotor inzwischen weniger Nanopartikel aus, als sich zahlenmäßig in der Umgebungsluft an einer durchschnittlich befahrenen Straße befinden. Hier stellt eher ein GDI-Benzinmotor als Verursacher von Ultrafeinstaub eine Gesundheitsgefahr dar und bedarf in Zukunft ebenfalls effizienter Filter zur Abgasreinigung sowie regelmäßiger Kontrollen [4].

Materialeigenschaften
Nicht nur die Quantität von Partikeln ist immer wieder der Grund für Partikelmessungen. Es gibt auch Messverfahren, die Aufschluss über die qualitativen Eigenschaften der Partikel geben sollen. Lässt man in einem Prozess zum Beispiel Partikel wachsen (Granulierung), so haben Wachstumsgeschwindigkeit und erzielbare Partikelgröße Einfluss auf Faktoren wie Festigkeit der Partikel oder Zerfallsgeschwindigkeit der Partikel in Flüssigkeiten.

 

[3] https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es0522635
[4] https://www.zeit.de/mobilitaet/2017-02/feinstaub-auto-partikelfilter-abgas-diesel-benziner-eu/seite-2

Wie gut sich Partikel in einer Flüssigkeit auflösen, hängt auch davon ab, wie schnell sie granulierten.

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Sie interessieren sich für die Welt der Nanopartikel und wollen mehr über die verschiedenen Messmethoden und Messinstrumente erfahren? Dann laden Sie sich das Whitepaper „Partikelmessung für Praktiker“ kostenlos herunter. Die Registrierung dauert nur eine Minute, und Sie erhalten einen umfassenden Überblick über 

  • Partikelgrößen und -eigenschaften
  • Unterschiedliche Methoden zur Partikelmessung
  • Zugelassene Messgeräte zur Partikelmessung von Testo
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