Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Luftverschmutzung
Monitoring
Ammoniak
flüchtige organische Mischungen
Primärnormal
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Air pollution
Monitoring
Ammonia
Volatile organic compounds
Primary standard
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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In der Schweiz sind neben den allgemein bekannten Luftschadstoffen (Ozon, Stickoxide) auch Ammoniak (NH3) und Benzol,Toluol und Xylol (BTX) umweltrelevant.
Ammoniak ist ein chemisch aggressiver Luftschadstoff, der zur Ozonbildung beiträgt. Er wird vor allem in der Landwirtschaft bei der Nutztierhaltung freigesetzt. Er soll deshalb in nächster Zukunft im nationalen Luftüberwachungsnetz NABEL systematisch untersucht werden [5.2], [5.3].
Benzol,Toluol und Xylol sind flüchtige organische Kohlenstoffverbindungen (VOC's) und gelten als kanzerogen. Ihre Freisetzung verursacht hohe volkswirtschaftliche Folgekosten. In der nächsten Zeit sind deshalb systematische Untersuchungen sowohl in Innenräumen als auch im Aussenluftbereich geplant [5.4].
Damit die Vergleichbarkeit der geplanten Messungen gewährleistet werden kann, müssen die verwendeten Messgeräte an ein nationales Normal angeschlossen werden. METAS verfügt mit dem Primärnormal für NO2 über ein Gerät, das sich leicht für andere gasförmige Luftschadstoffe ausbauen lässt. Das Normal arbeitet auf der Grundlage der Gaspermeation durch eine Polymermembran.
Mit dem geplanten Projekt soll das Permeationsnormal für die erwähnten Luftschadstoffe ausgebaut und damit die Rückverfolgbarkeit der Feldmessgeräte auf ein nationales Normal ermöglicht werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Metas uses already a primary standard for calibrations of NO2 immission measuring instruments. This standard is based on the principle of permeation. Molecules in a small metallic recipient permeate through membranes made of polymers like FEP or PTFE and the loss of mass is determined by means of a magnetic suspension balance.This method will be applied to other gazeous pollutants of the lower atmosphere.First of all, the swiss National Airpollution Monitoring Network (NABEL) and several other public autorities aim at ammonia (NH3). Since this substance plays an important role in the ozone chemistry and is released mainly by agricultural activities, it shows excessive local and temporal variations.Therefore, the monitoring relates more to the so called transmission mode than to pure immission processes.
Other toxic substances of interest are now Benzene, Toluene and the Xylenes (BTX). Merely Benzene is considered as cancerogenic, thus causing high costs for public health. Systematic outdoor and indoor surveys are planned, calling for a sufficient specific calibration capability at metas.
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Projektziele
(Deutsch)
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Den für den Vollzug der Luftreinhalteverordnung verantwortlichen eidgenössischen und kantonalen Organisationen (EMPA,Luftreinhaltefachstellen) und auch den involvierten Verursachern von Luftverunreinigungen mit Ammoniak und BTX sowie unabhängigen Messstellen ist ein nationales Primärnormal zur Verfügung zu stellen. Andernfalls bleibt die Rückverfolgbarkeit der jeweils erhobenen Messwerte auf lange Sicht nicht gewährleistet. Es ist mit einer Einführung von Grenzwerten im Rahmen der LRV zu rechnen.
Die Realisierbarkeit eines derartigen Primärnormals wurde mit dem im Einsatz stehenden Primärnormal für NO2 bereits bewiesen. Dieses kann auf die neue Anwendung ausgebaut werden. Technische Probleme ergeben sich lediglich bei der Installation von geeigneten Komparatoren zur indirekten Weitergabe der Referenzwerte.
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Projektziele
(Englisch)
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The annual average concentration of the pollutants discussed here is at approximately 3 - 5 mg / m3. But as already mentioned, local or temporal peaks may be of a magnitude several times higher. The reference values disseminated by metas shall have uncertainties of not more than 5% of the measured values. The uncertainties of primary values will then be less than 2%. Very precise measuring instruments are needed as comparators in order to analyze the concentrations of the substances in reference gas mixtures delivered by the primary standard. The project is subdivided in two stages:
Stage 1 consists of preliminary experiments using temporarily available instruments based on chemiluminescence and the installation of a newly designed NH3 - analyzer.
Stage 2 covers the evaluation of an appropriate BTX-analyzer based on gas chromatography. When the feasability of the method is proven, then a second magnetic suspension balance system is needed as backup instrument allowing also routine work including the already offered NO2 calibrations.
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Abstract
(Deutsch)
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Die zweite Magnetschwebewaage (MSW-2) und die für den Betrieb notwendigen Peripheriegeräte (Gasflussregler, Kammerdruckregler, Temperaturfühler) wurden installiert, in Betrieb genommen und charakterisiert. Es wurde eine neue Kalibriersoftware für MSW-2 entwickelt, implementiert und ausgetestet.
Verschiedene METAS-Permeatoren, welche als permeierende Substanz Ammoniak, Benzol, Toluol, Xylol, Ethylbenzol oder Wasser enthalten, wurden mit den Magnetschwebewaagen kalibriert. Diese Permeatoren werden zur dynamischen Herstellung von Gasgemischnormalen zur Kalibrierung von Gasmischungen in Druckflaschen und Messgeräten verwendet. Ein Referenzmessgeräts für BTEX wurde angeschafft, in Betrieb genommen und charakterisiert. Ein Referenzmessgeräts für NH3 wurde angeschafft, in Betrieb genommen und charakterisiert.
Eine Vorrichtung zur dynamischen Herstellung von einem Multikomponentengasgemisch wurde aufgebaut und charakterisiert. (Der Aufbau dieser Vorrichtung war im Projektantrag nicht vorgesehen. Für die Weitergabe von Referenzwerten von BTEX-Mischungen ist sie jedoch unerlässlich.)
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Abstract
(Englisch)
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The second magnetic suspension balance (MSW-2) and the necessary controlling instruments (gas flow- and pressure regulators, temperature sensor) were installed, put in operation and characterized. A specific software for the calibration of MSW-2 was developed, implemented and tested.
Permeation devices filled with ammonia, benzene, toluene, xylene, ethyl benzene and water were calibrated with the magnetic suspension balances. The calibrated permeation devices are used for the dynamical production of standard gas mixtures for the calibration of measuring instruments and gas mixtures in cylinders.
A reference instrument for the measurement of benzene, toluene, ethyl benzene and xylene (BTEX) was procured, put in operation and characterized.
A reference instrument for the measurement of ammonia was procured, put in operation and characterized.
A system for the dynamic production of multi component gas mixtures was set up and validated.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Mit dem realisierten Primärnormal können unseren Kunden folgende Dienstleistungen angeboten werden:
· Kalibrierung der Permeationsrate für Benzol, Toluol, Xylole, NH3, NO2 und für weitere Substanzen von kommerziell erhältlichen Permeationseinheiten, mit Permeationsraten von ca. 30 ng/min bis ca. 10 µg/min, mit einer relativen Messunsicherheit (U) von 0.5 % bis 5 %.
· Kalibrierung der Stoffmengenanteile an Benzol, Toluol, Xylole und NH3 von Gasmischungen in Druckflaschen, mit einem Stoffmengenanteil des Analyts von ca. 2 nmol/mol bis ca 20 µmol/mol, mit einer relativen Messunsicherheit (U) von 1 % bis 5 %.
· Kalibrierung von Instrumenten zur Messung des Stoffmengenanteils an Benzol, Toluol, Xylole, NH3, NO2 im Bereich von ca. 2 nmol/mol bis ca. 1 µmol/mol, mit einer relativen Messunsicherheit (U) von 1 % bis 5 %.
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Umsetzung und Anwendungen
(Englisch)
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With the realised primary standard the following services can be offered to clients:
· Calibration of the permeation rate for benzene, toluene, xylene, NH3, NO2 and for other substances of commercially available permeation devices with permeation rates from approx. 30 ng/min to approx. 10 µg/min, with a relative uncertainty (U) between 0.5 % and 5 %.
· Calibration of the amount of substance fraction of benzene, toluene, NH3 of gas mixtures in pressurized cylinders with an amount of substance fraction of the analyt from approx. 2 nmol/mol to approx. 20 µmol/mol, with a relative uncertainty (U) between 1 % and 5 %.
Calibration of instruments for the measurement of amount of substance fraction of benzene, toluene, xylene, NH3, NO2 from approx 2 nmol/mol to approx 10 µmol/mol, with a relative uncertainty (U) between 1 % and 5 %.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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D.W. Zickert, propriétés des tubes de perméation utilisés comme étalons pour l’hygiène de l’air, 11ème Congrès International de Métrologie 2003, Toulon, France
D.W. Zickert, Primärnormale für frische Luft, Metas Vortrag, 2004
M. Quintilii, Dynamisch hergestellte Gasgemischnormale, Metas Vortrag, 2004
M. Quintilii, D.W. Zickert, mélanges étalons de gaz par micro-gravimétrie, GREMMI-Meeting 2004
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