01.06.2021
Grafik: Prinzipskizze der Aerosolelementanalyse

Prinzipskizze der Aerosolelementanalyse mit Kaskadenimpaktoren und mobiler Röntgenfluoreszenzspektroskopie (RFA)

Quelle: BAM

Die Bestimmung der Massenkonzentrationen von Elementen in luftgetragenen Partikeln - sogenannten Aerosolen - ist grundlegend für die Untersuchung von gesundheitlichen Auswirkungen der Exposition in Innenräumen und in der Aussenluft. Europäische Regelungen für die Aussenluft betreffen die Elemente Arsen, Cadmium, Quecksilber, Nickel und Blei (Richtlinie 2008/50/EG über Luftqualität und saubere Luft für Europa; Richtlinie 2004/107/EG über in der Luft). Die dort genannte Standardmethode ist die Aerosolbeprobung mit PM10-Filtern (PM10 = Fraktion der Partikel in der Luft bis zu einem Durchmesser von 10 µm) und die laborbasierte chemische Analyse mithilfe der ICP-MS (Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma). In dem durch das Europäische Metrologieprogramm für Innovation und Forschung (EMPIR) geförderten AEROMET Projekt (Aerosolmetrologie für Atmosphärenforschung und Luftgüteüberwachung) wurde zum ersten Mal die Sammlung von Aerosolproben in der Aussenluft mittels eines Kaskadenimpaktors kombiniert mit einer vor-Ort-Analyse durch mobile Röntgenfluoreszenzspektroskopie (RFA). Mit dieser zerstörungsfreien Methodenkombination können – sortiert nach Partikelgrößen - Konzentrationen verschiedener Elemente in einem Aerosol innerhalb von wenigen Stunden quantifiziert werden. Die technische Machbarkeit wurde während einer Feldmesskampagne in Cassino, Italien, erprobt. Im Kaskadenimpaktor wurden Probenträger aus Kunststoff (Acrylglas) verwendet, die den Anforderungen der Röntgenspektroskopie genügen und sehr niedrige untere Nachweisgrenzen von etwa 10 Picogramm pro Kubikmeter (10-11 g/m³) konnten erreicht werden. Zur Kalibrierung der neuen Methode wurde erstmals ein speziell hergestellter Probensatz mit einem hochgenauen Referenz-RFA-Verfahren der Physikalisch-technischen Bundesanstalt (PTB) am Berliner Elektronenspeicherring BESSY II vermessen. Die Ergebnisse aus der Kombination von Kaskadenimpaktor-Beprobung und mobiler RFA-Analyse stimmten zufriedenstellend überein mit denen der parallel in der Feldmesskampagne angewendeten Standard¬methode, ICP-MS an PM10-Filterproben. Weitere Informationen unter http://www.aerometproject.com/.

Quantification of Element Mass Concentrations in Ambient Aerosols by Combination of Cascade Impactor Sampling and Mobile Total Reflection X-ray Fluorescence Spectroscopy
Stefan Seeger, Janos Osan, Ottó Czömpöly, Armin Gross, Hagen Stosnach et al.
veröffentlicht in Atmosphere, Vol. 12, Seiten 309-337 , 2021
BAM, Fachbereich Material und Luftschadstoffe