Air Monitoring Semikontinuierliche Qualitätsbestimmung von Umgebungsluft Der Particle Into Liquid Sampler – die einfache Lösung zur Bestimmung von Ionen in Aerosolpartikeln Die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Gewinnung und Umwelt. Der Particle Into Liquid Sampler, kurz PILS1, 02 von Energie belastet die Umwelt mit grossen Mengen an kann Aerosolpartikel aus einem Luftstrom in die wässrige Schadstoffen in Form von Gasen oder Aerosolen. Diese Phase bringen. Diese lässt sich anschliessend mittels Emissionen verursachen Schäden, und zwar nicht nur an Io nen chromatographie oder Voltammetrie analysie ren. der Emissionsquelle, sondern auch in quellenfernen Ge-Zur Analyse der Gasphase empfiehlt sich das 920 Ab bieten. Die chemischen und physikalischen Eigenschaf-sorber Module respektive ein MARGA2-System wie es von ten der Emissionen aus anthropogenen wie auch na-Metrohm Applikon angeboten wird. türlichen Quellen sind von grosser Bedeutung für Klima Impaktor Wässrige Wasserlösliche Aerosol Lösung Aerosol-Komponenten Kontinuierlicher Fluss durch Probenschleife eines Ionenchromatograhen omponente Analyse osol K Aer Zeit Flussschema des Particle Into Liquid Sample kombiniert mit Ionenchromatographie (PILS­IC) Wirkungsweise von PILS PILS lässt Aerosole in einer übersättigten Wasserdampf-Die zu bestimmende Aerosolpartikelgrösse wird durch ei-phase innerhalb kurzer Zeit zu Tröpfchen anwachsen. nen Zyklon oder einen Impaktor am Einlass begrenzt. So Die se werden aufgrund ihrer Trägheit abgeschieden und können je nach Bedarf beispielsweise Partikel kleiner als mit einer Hilfsflüssigkeit, welche zur einfachen Quantifi-1 µm, 2.5 µm oder 10 µm (PM , PM , PM ) analysiert 1 2.5 10 zierung einen internen Standard enthält, weitergepumpt. werden. Die Gase werden über Denudersysteme absor-Vorhandene Luftblasen werden in einem so genannten biert, um Interferen zen zu verhindern. Eine Vakuum-Debubbler entfernt und die wässrige Phase zur Analyse pum pe erzeugt im Sys tem einen Luftstrom mit einer beispielsweise in einen Ionenchromatographen überführt. Flussrate von 1 m3/h. Dieses einfache Prinzip zur Bestimmung von Aerosolen er möglicht eine viel höhere zeitliche Auflösung als das Ar beiten mit Filterproben. 1 PILS ist ein Kooperationsprodukt von Metrohm Applikon und Metrohm. 2 Monitor for Aerosols & Gases in ambient Air. Die Vorteile des PILS • Zeitlich hoch aufgelöste Bestimmung von Ionen in Aerosolen 03 • Einfache Anbindung an ein Ionenchromatographie- und Voltammetrie-System • Hohe Probennahmerate • Tagesgang­Analyse mit hoher Zeitauflösung • Direkte Probenanalyse vor Ort • Kontaminationsfreie Aerosol­Sammeltechnik (Partikel PM , PM , PM ) 1 2.5 10 • Keine Probenaufbewahrung notwendig • Direkte Analyse ohne weitere Probenvorbereitung Applikationsfelder PILS kann direkt mit verschiedensten Analysentechniken Applikationsbereiche für PILS – IC: gekoppelt werden. Mit der Ionenchromatographie lassen • Schadstoffüberwachung innerhalb von Gebäuden sich wasserlösliche Anionen und Kationen gleichzeitig be- • Emissionskontrolle am Arbeitsplatz zum Schutz von stimmen. Schwermetalle lassen sich durch den Einsatz ei-Arbeitenden nes voltammetrischen Messstandes bestimmen. PILS kann • Aussenluft-Monitoring auch zur Offline­Probennahme mit einem Auto sampler • Tunnelluft-Messungen eingesetzt werden. Als weitere Beispiele seien hier die • Schornstein-Emissionsbestimmung Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs (zu- • Mobiler Einsatz beispielsweise in Flugzeugen sammen mit einem TOC Analyzer; Total Organic Carbon Analyzer) oder die Kopplung mit ICP­Techniken genannt. 2.8 765.5 2.6 2.4 766.0 Lithium; 80.0 µg/L 2.2 Bromid; 920.0 µg/L 766.5 2.0 767.0 1.8 1.6 767.5 Nitrat; 295.2 µg/L Leitfähigkeit [µS/cm] Ammonium; 91.1 µg/L Leitfähigkeit [µS/cm] 1.4 768.0 1.2 Chlorid; 11.0 µg/L Nitrit; 2.5 µg/L Sulfat; 31.5 µg/L Natrium; 6.2 µg/L Kalium; 11.4 µg/L Calcium; 7.0 µg/L 1.0 768.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Zeit [min] Zeit [min] Anionen­ und Kationenchromatogramm einer Aussenluftbestimmung und Aerosolpartikelgrösse kleiner als 2.5 µm (PM ). 2.5 Als interner Standard wurde Lithiumbromid eingesetzt. Schwermetallbestimmung mittels PILS-VA Die Kombination eines PILS mit einem 884 Professional Aerosole. Im Analysenbeispiel stei gen die Kup fer- und VA erlaubt die semikontinuierliche Bestimmung verschie-Cadmiumkonzentrationen in der Luft über meh rere Tage dener Schwermetalle (Cd, Pb, Zn, Cu, Ni, Co etc.) in Fein-stetig an bis der einsetzende Regen einen Grossteil des staub. Die hohe zeitliche Auflösung erfasst auch gerings-Kupfers und Cadmiums aus der Luft wäscht (nasse De-04 te Änderungen in der chemischen Zusammenset zung der position). Semikontinuierliche voltammetrische Bestimmung der Schwermetallgehalte (Cd, Pb und Cu) in Aussenluftproben aus Herisau (CH) mittels eines PILS­Probennahmesystems. Standardionen- und Schwermetallbestimmung mittels PILS-IC-VA Auch die gleichzeitige Kopplung mit mehreren Analysa-Ionenchromatographen zur Anionen- und Kationenbe-toren ist möglich: Im PILS­IC­VA werden die in Lösung stimmung und einem voltammetrischen Messstand zur gebrachten Partikel in drei Strömen einem Zweikanal-Bestimmung der Schwermetallkationen zugeführt. Semikontinuierliche ionenchromatographische Bestimmung der Anionen- und Kationenge-halte sowie der voltammetrischen Bestimmung der Schwermetallgehalte in Aussenluftproben aus Herisau (CH). Zur Simulation von Kontaminationsereignissen wurden Wunderkerzen ab-gebrannt, die zuvor in Schwermetallsalzlösungen getaucht wurden. Das 920 Absorber Module – ein automatischer Gasprobensampler Das 920 Absorber Module kann auch als semi­online Zudem kann mit der intelligenten Partial Loop Injek-05 Sampler eingesetzt werden. Die gasförmigen Verbindun-tions technik (MiPT) von Metrohm aus einem einzigen gen (NH , HNO , HNO , HCl, SO ) werden hierbei über Multiionenstandard eine automatische Kalibrierung des 3 2 3 2 einen definierten Zeitraum direkt in einer Lösung absor-Analysensystems erstellt werden. Da MiPT flexible Injek­ biert. Ein externes Gasflussmeter hält den Gassfluss über tionsvolumen (4–200 µL) erlaubt, wird ein grosser Kon-die gesamte Zeit konstant. Die Wahl des Absorbens sollte zentrationsbereich abgedeckt. eine hohe Löslichkeit für den Gasstrom aufweisen und zugleich kostengünstig sein. Typischerweise wird Reinst-Für das gesamte Liquid Handling stehen ein 10­Port­ wasser verwendet. Ventil, ein 6­Port­Ventil und zwei 800 Dosinos zur Ver-fügung. Das von der Software MagIC Net kontrollierte Liquid Hand ling umfasst die Vorlage der Absorptionslösung sowie Auf diese Weise können mit dem 920 Absorber Module sämtliche Spülprozeduren. Die gesammelte Probe kann beispielsweise flüchtige organische Säuren in Prozessab-anschliessend beispielsweise direkt in einen Ionenchro-gasen oder in der Umgebungsluft an Arbeitsplätzen über-matographen für die Analyse überführt werden. wacht werden. Das 920 Absorber Module (rechts) kann Proben vollautomatisch sammeln und beispielsweise zur ionenchromatographischen Bestimmung in den 930 Compact IC Flex (links) überführen. PILS-IC-VA im Überblick 06 Vollautomatische Analysen Ist die Probentabelle in der MagIC Net Software erst ein mal erstellt, arbeitet das PILS­IC­VA System völlig selb ständig. Die voltammetrische Bestimmung wird syn chronisiert; die Messergbnisse werden direkt in die MagIC Net Datenbank transferiert. Keine aufwändige Probenvorbereitung Die Proben werden durch den Particle Into Liquid Sampler direkt in eine Lösung überführt. Anschliessend kann deshalb ohne weitere aufwändige Probenvorbereitung oder -aufbewahrung, wie beispielsweise bei Filterproben erforderlich, die Analyse mittels Ionenchromatographie respektive Voltammetrie durchgeführt werden. Analysen im Stundentakt Die Proben werden im Stundentakt vollautomatisch gesammelt und analysiert. Die semikontinuierliche Analyse erlaubt eine deutlich höhere Zeitauflösung als mit kon-ventionellen Techniken, insbesondere Filtern, möglich. 07 Multiparameterüberwachung In der vorgestellten Kombination können sowohl Stan-dardanionen und -kationen als auch Schwermetalle in einer Gesamtbestimmung ermittelt werden. Die Software berechnet automatisch die entsprechenden Konzentrationen in der Luft. Hohe Flexibilität Das PILS kann sehr flexibel eingesetzt werden. Es kann beispielsweise auch für Bestimmungen in Kombination mit Massenspektrometrie oder Water Soluble Organic Carbon Analyzern eingesetzt werden. Alternativ können die Proben mit Hilfe eines Autosamplers in Probenge-fässen für die Offline­Bestimmung gesammelt werden. Unbeaufsichtigtes Messen Durch den Einsatz von Vorratsflaschen und Spülkanis-tern sind automatische Messungen über einen langen Zeitraum möglich. Fehlerträchtiges, manuelles Hantieren am System gehört der Vergangenheit an. Durch stan - dar disierte Probennahme- und Bestimmungsabläufe ist das höchste Mass an Reproduzierbarkeit gegeben. Bestellinformationen Metrohm-Geräte Weitere applikationsabhängige Ausstattung PILS Zur Probenzuführung kann eine Vakuumpumpe mit Trock - 2.136.0400 Particle Into Liquid Sampler ADI 2081 nungssystem der Firma KNF (Vakuumpumpe N860.3FT.40.18) 2.136.0500 Schlauchquetschpumpe, 8 Kanäle mit eingesetzt werden. Das Abtrennen der Gasphase erfolgt 6 Rollen mit Denudersystemen (z. B. Multi Chan nel Annular De­ 6.5335.000 Liquid Handling Set zu PILS nu ders von URG Model No. URG­2000­30x242­4CSS). Einlasssysteme wie die Zyklone der Firma URG (z. B. PM IC 2.5 URG Model No. URG­2000­30EH) erlauben die Aero-2.940.2500 940 Professional Vario TWO/Ses/PP soldifferenzierung nach Partikelgrösse. 6.2832.000 MSM Rotor A 6.2842.000 Adapter sleeve for Suppressor Vario 2.920.0010 920 Absorber Module 6.6059.322 MagIC Net 3.2 Professional Für dieses Gerätesetup empfiehlt sich zu sätzlich ein 941 Eluent Production Module. Voltammetrie 2.884.1110 884 Professional VA semiautomated for MME 2.843.0240 843 Membrane Pump Station for Professional VA/CVS systems 6.5339.030 VA Electrode equipment with MME pro 6.6065.202 viva 2.0 Säulen 6.1006.510 Metrosep A Supp 5 ­ 100/4.0 6.1006.500 Metrosep A SUPP 4/5 Guard/4.0 6.1050.410 Metrosep C 4 ­ 100/4.0 6.1050.500 Metrosep C 4 Guard/4.0 www.metrohm.com DE – 2016­11 000.5215 Änderungen vorbehalten Gestaltung Ecknauer+Schoch ASW, Druck Metrohm AG, CH­9100 Herisau, Schweiz 8.