VDI 2119-2013 Ambient air measurements - Sampling of atmospheric particles 2 5 μm on an acceptor surface using the Sigma-2 passive sampler - Characterisation by optical microscopymas.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMessen von ImmissionenProbenahme von atmosphrischen Partikeln 2,5 m auf einer Akzeptorflche mit dem Passivsammler Sigma-2Lichtmikroskopische Charakterisierung sowie Berechnung der Anzahlsedimentationsrate und der MassenkonzentrationAmbient air measurementsSampling of atmosp

2、heric particles 2,5 m on an acceptor surface using the Sigma-2 passive samplerCharacterisation by optical microscopy and calculation ofnumber settling rate and mass concentrationVDI 2119Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 4: Analysen- und Messverfahr

3、en IVDI-RICHTLINIENDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.The draft of this guideline has been subject to public scrutinyafter announcement in the Bundesanzeiger (F

4、ederal Gazette).The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . .

5、 . . . . . . . . . . 32 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Einsatzmglichkeiten. . . . . . . . . . . . . . 84 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.1 Physikalische Grundlagen. . . . . . . . . . 94.2 Eigenschaften des Verfahrens . . . . . . . . 104.3 Grenzen des Verfah

6、rens . . . . . . . . . . . 125 Probenahmegert. . . . . . . . . . . . . . . . 125.1 Aufbau und Teile des Passivsammlers . . . 125.2 Funktion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.3 Sammeleigenschaften . . . . . . . . . . . . 145.4 Akzeptorflche . . . . . . . . . . . . . . . 146 Probenahme. . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . . 146.1 Standortauswahl und Gerteaufstellung . . 146.2 Probenahmedauer und -intervalle . . . . . . 156.3 Probenwechsel . . . . . . . . . . . . . . . 176.4 Streinflsse bei der Probenahme . . . . . 177 Lichtmikroskopische Analyse . . . . . . . . . 197.1 Allgemeine Hinweise .

8、 . . . . . . . . . . . 197.2 Einfluss der Immersion . . . . . . . . . . . 197.3 Mgliche Fehlbefunde bei derlichtmikroskopischen Analyse . . . . . . . 197.4 Referenzprparat . . . . . . . . . . . . . . 207.5 Manuelle Lichtmikroskopie. . . . . . . . . 207.6 Halbautomatische Lichtmikroskopie . . . . 277

9、.7 Vollautomatische Lichtmikroskopie . . . . 32Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 43 Applications . . . . . . .

10、 . . . . . . . . . . . 84 Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.1 Physical fundamentals . . . . . . . . . . . 94.2 Features of the method . . . . . . . . . . . 104.3 Limitations of the method . . . . . . . . . 125 Sampler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.1 Configuration and

11、components of thepassive sampler . . . . . . . . . . . . . . . 125.2 Function. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.3 Sampling characteristics . . . . . . . . . . 145.4 Acceptor surface . . . . . . . . . . . . . . 146 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146.1 Sampler siting and mount

12、ing . . . . . . . . 146.2 Sampling period and intervals . . . . . . . 156.3 Sample replacement . . . . . . . . . . . . 176.4 Interferences during sampling . . . . . . . 177 Optical microscopy analysis . . . . . . . . . 197.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197.2 Influence of immersion

13、. . . . . . . . . . . 197.3 Potential false results generated byoptical microscopy analysis . . . . . . . . 197.4 Reference sample . . . . . . . . . . . . . . 207.5 Manual optical microscopy. . . . . . . . . 207.6 Semi-automatic optical microscopy . . . . 277.7 Fully automatic optical microscopy . .

14、 . . 32ICS 13.040.01Juni 2013June 2013Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedFrhereAusgaben: VDI2119Blatt 4:1997-08;10.11Entwurf, deutschZubeziehen durch/ AvailableatBeuth Verlag GmbH,10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten /All ri

15、ghts reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013Formereditions:VDI2119Part 4:1997-08;10/11Draft, in German onlyKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltmesstechnikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF88D9NormCD - Stand 2013-06Alle Rechte

16、 vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 2 VDI 2119Seite8 Berechnung der Ergebnisse. . . . . . . . . . 378.1 Zugrunde liegende Annahmen . . . . . . . 378.2 Anforderungen an die Messung . . . . . . 378.3 Anzahlsedimentationsrate undMassenkonzentration . . . . . . . . . . . . 389

17、Verfahrenskenngren. . . . . . . . . . . . . 409.1 Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . 409.2 Messunsicherheit . . . . . . . . . . . . . . 409.3 Zhlfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439.4 Nachweisgrenze . . . . . . . . . . . . . . 46Anhang Weitere Analyseverfahren . . . . . . . . 48A

18、1 Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . 48A2 Einzelpartikelanalysen . . . . . . . . . . . 48A3 Pauschalanalysen . . . . . . . . . . . . . . 55Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Bennennungsindex englisch deutsch. . . . . . . 62VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist en

19、tstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes U

20、rheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungDer Partikelgehalt der Luft ist eine wesentliche Zu-standsgre der

21、Atmosphre. Die Kenntnis von Art,Zusammensetzung, Konzentration und Grenvertei-lung der vorkommenden Partikel liefert Informatio-nen ber deren Herkunft und mgliche Wirkungen.Diese Informationen sind wesentliche Voraussetzungfr eine Beurteilung der Luftqualitt. Zur Probe-nahme atmosphrischer Partikel

22、eignen sich sowohlaktive als auch passive Sammelverfahren. Zur passi-ven Probenahme in der Auenluft sind Verfahren mitAuffanggefen (z.B. Bergerhoff-Methode; sieheVDI 4320 Blatt 2) sowie solche mit Akzeptorflchenim Einsatz.Page8 Calculation of results . . . . . . . . . . . . . 378.1 Underlying assump

23、tions . . . . . . . . . . 378.2 Measurement requirements . . . . . . . . 378.3 Number settling rate andmass concentration . . . . . . . . . . . . . 389 Method performance characteristics . . . . . 409.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409.2 Measurement uncertainty . . . . . . . . . 409

24、.3 Counting error . . . . . . . . . . . . . . . 439.4 Detection limit . . . . . . . . . . . . . . . 46Annex Other analysis methods . . . . . . . . . . 48A1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48A2 Single particle analyses . . . . . . . . . . 48A3 Bulk analyses. . . . . . . . . . . . . . .

25、. 55Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Term index English German . . . . . . . . . . . 62Preliminary noteThe content of this guideline has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including tho

26、se of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI Notices (www.vdi.de/

27、richtlinien).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionThe atmospheric particulate matter concentration is akey indicator of the quality of the ambient air. Theknowledge of the type, composition, concentrationand size distribution of the particles p

28、resent in theambient air provides information on their sources andpotential impacts. This information is a key prerequi-site for an assessment of the ambient air quality. Bothactive and passive sampling methods lend themselvesto the collection of atmospheric particles. Passivesampling methods employ

29、ed for outdoor air sam-pling applications use either jar collectors (e.g.Bergerhoff method; see VDI 4320 Part 2) or acceptorsurfaces for particle collection. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF88D9NormCD - Stand 2013-06All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 2

30、119 3 Ein Verfahren mit Akzeptorflche ist Gegenstanddieser Richtlinie. Die Abscheidung der Partikel er-folgt in einem windberuhigten, niederschlagsge-schtzten Zylinder auf einer waagerechten Akzeptor-flche nahezu ausschlielich durch Sedimentation.Diese trockene Sedimentation ist ein Bestandteil derg

31、em VDI 4320 Blatt 1 definierten atmosphri-schen Deposition. Die sedimentierten Partikel wer-den mikroskopisch nach Art und Anzahl bestimmtsowie eine grenfraktionierte Anzahlsedimentati-onsrate und Massenkonzentration berechnet.Die Richtlinie VDI 2119 Blatt 4 (Ausgabe August1997), die dieses Verfahre

32、n bereits beschrieb, wirddurch diese Richtlinie ersetzt.Folgende Weiterentwicklungen gaben den Anlass freine Aktualisierung und Anpassung dieser Richtliniean den Stand der Technik: Entwicklung und Erprobung neuer Akzeptorfl-chen fr den Einsatz zustzlicher Analyseverfah-ren neben der Lichtmikroskopie

33、 Fortschritte bei der Einzelpartikelanalyse durchverbesserte Bildverarbeitungsalgorithmen undleistungsfhigere Hardwarekomponenten Entwicklung und Erprobung neuer Verfahren zurspezifischen Anfrbung von Partikeln fr eine er-weiterte stoffliche Differenzierung Berechnung einer grenfraktionierten Konzen

34、t-ration der Partikelfraktion 2,5 m1 AnwendungsbereichIn der vorliegenden Richtlinie werden beschrieben:a) die passive Probenahme sedimentierender Parti-kel auf einer Azeptorflche (Bild 1)The subject of this guideline is a method using an ac-ceptor surface. Particle deposition occurs almost ex-clusi

35、vely by sedimentation on a horizontal acceptorsurface mounted in a cylinder that is protected fromthe effects of wind and precipitation. This dry sedi-mentation is part of the atmospheric deposition as de-fined in VDI 4320 Part 1. The settled particles are mi-croscopically identified by type and num

36、ber followedby the calculation of a size-fractionated number set-tling rate and mass concentration.This guideline supersedes guideline VDI 2119 Part 4(August 1997 edition) which originally described thismethod. The following further developments have led to thenecessity of revising and updating this

37、 guideline toreflect the state of the art: development and application of new acceptor sur-faces for analysis by additional techniques apartfrom optical microscopy advances in single particle analysis through im-proved image processing algorithms and morepowerful hardware components development and

38、application of new methods forthe specific staining of particles to allow an ex-tended particle differentiation calculation of a size-fractionated concentration ofthe particle fraction 2,5 m1 ScopeThis guideline describes:a) a passive sampling method collecting settling par-ticles on an acceptor sur

39、face (Figure 1)Bild 1. Passivsammler Sigma-2 im Feldeinsatz Figure 1. Sigma-2 passive sampler deployed in the fieldB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF88D9NormCD - Stand 2013-06Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 4 VDI 2119b) die anschlieende lichtmikroskop

40、ische Analysevon Partikeln mit einem geometrischen quiva-lentdurchmesser 2,5 mc) die Bestimmung einer nach Art und Gre diffe-renzierten Anzahlsedimentationsrated) die Berechnung einer grenfraktionierten Kon-zentration dieser PartikelIm Anhang werden die Voraussetzungen fr einenachfolgende chemische

41、und mineralogische Ana-lyse definiert.Das beschriebene Verfahren eignet sich nicht zurberwachung von gesetzlichen Grenzwerten.2 BegriffeAnmerkung: Eine nach den englischen Benennungen alphabetischsortierte Wortliste befindet sich im Benennungsindex der Richtlinie.Fr die Anwendung dieser Richtlinie g

42、elten die fol-genden Begriffe:Aerodynamischer quivalentdurchmesser (dae)Durchmesser eines kugelfrmigen Partikels derDichte 0 = 1 g/cm3, das in ruhender Luft die gleicheEndsinkgeschwindigkeit erreicht wie das betrachtetePartikel.Anmerkung: Der Zusammenhang mit dem geometrischen qui-valentdurchmesser

43、dg ist durch die folgende Gleichung gegeben17; 22:(1)Dabei istp Partikeldichte0 Einheitsdichte (= 1 g/cm3) dimensionsloser Formfaktor(= 1 fr sphrische Partikel)Aerodynamischer Formfaktor ()Formfaktor, der das vernderte Sinkverhalten realerPartikel bercksichtigt, deren Gestalt typischerweisevon der e

44、iner Kugel abweicht.AgglomeratAnhufung aneinanderhaftender Partikel.Anmerkung: Agglomerate sind hufig unregelmig geformt.AkzeptorflcheNatrliche oder knstliche Empfngerflche fr luft-getragene Partikel.Anzahlsedimentationsrate Anzahl der Partikel, die innerhalb einer Zeitspanneauf einer bestimmten Flc

45、he sedimentieren.quivalentdurchmesserDurchmesser eines kugelfrmigen Partikels, das diegleichen geometrischen, optischen, elektrischen oderdae dg p0 -=b) the subsequent optical microscopy analysis ofparticles with a geometric equivalent diameter of 2,5 mc) the determination of a number settling rate

46、differ-entiated by type and sized) the calculation of a size-fractionated concentra-tion of these particles The prerequisites for a subsequent chemical and min-eralogical analysis are discussed in the Annex.The method presented is not suited to monitoringstatutory air quality standards.2 Terms and d

47、efinitionsNote: A word list of the English terms in alphabetical order isplaced in the term index of this guideline.For the purposes of this guideline, the followingterms and definitions apply:Aerodynamic equivalent diameter (dae)Diameter of a spherical particle having the density0 = 1 g/cm3 which h

48、as the same terminal settling ve-locity in still air as the particle examined.Note: The relationship between the aerodynamic equivalent diame-ter and the geometric equivalent diameter dg is given by the fol-lowing equation 17; 22:(1)wherep particle density0 unit density (= 1 g/cm3) dimensionless sha

49、pe factor(= 1 for spherical particles)Aerodynamic shape factor ()Shape factor taking into account the different settlingbehaviour of real life particles whose shape is typi-cally different from that of a sphere.AgglomerateCluster of particles adhering to one another. Note: Agglomerates are predominantly irregular in shape.Acceptor surfaceNatural or man-made collection surface for airborneparticles.Number settling rate N