VDI 2267 Blatt 12-2008 Determination of suspended matter in ambient air - Measurement of As Ca Cd Co Cr Cu Fe Mn Ni Pb Sb and Zn by energy dispersive X-ray fluorescense (ED XRF).pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREStoffbestimmung an Partikeln in der AuenluftMessen der Massenkonzentration von As, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb und Zn mithilfe der energiedispersiven Rntgenfluoreszenzanalyse (edRFA)Determination of suspended matter in ambient airMeasurement of As, Ca, Cd, Co, Cr

2、 Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb, and Zn by energy dispersive X-ray fluorescence (ED XRF)VDI 2267Blatt 12 / Part 12Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 4: Analysen- und Messverfahren IVDI-RICHTLINIENICS 13.040.20Oktober 2008 October 2008Vervielfltigung auchfr

3、 innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer 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 be

4、en subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal 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.Frhere Ausgabe:07.07Entwurf,deutschFormeredition:07/07 Draft, inGermanonl

5、yZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2008Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLArbeitsgruppe Messen von Metallen und HalbmetallenAusschuss Immissionsmessverfahre

6、nInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 42 Grundlagen des Verfahrens . . . . . . . . . . 43 Gerte und Chemikalien . . . . . . . . . . . . 53.1 Probenahme . . . . . . . . .

7、 . . . . . . . 53.2 Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.3 Chemikalien. . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Aufbau des Messplatzes . . . . . . . . . . . . 75 Probenahme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Kalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86.1 Anzahl der verwendeten

8、Kalibrierfilter . . . 86.2 Korrelation von Elementkonzentrationen . . 86.3 Kalibrierfilter . . . . . . . . . . . . . . . . 96.4 Ermittlung der Kalibrier- und Analysenfunktion . . . . . . . . . . . . . . 127 Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127.1 Bestimmung der Blindwerte . . . . . .

9、 . . 147.2 Signalverarbeitung . . . . . . . . . . . . . 148 Berechnen des Ergebnisses . . . . . . . . . . 159 Verfahrenskenngren . . . . . . . . . . . . . 169.1 Nachweisgrenze der Methode. . . . . . . . 169.2 Standardabweichungen . . . . . . . . . . . 179.3 Vergleichbarkeit . . . . . . . . . . . . .

10、 . . 18Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Basic principles . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Apparatus and reagents . . . . . . . . . . . . 53.1 Sampling . .

11、 . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.3 Chemicals. . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Measurement set-up . . . . . . . . . . . . . . 75 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86.1 Number

12、of calibration filters used . . . . . 86.2 Correlation of element concentrations . . . 86.3 Calibration filters . . . . . . . . . . . . . . 96.4 Determination of the calibration and analysis function . . . . . . . . . . . . . . 127 Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127.1 Determinatio

13、n of the blanks . . . . . . . . 147.2 Signal processing . . . . . . . . . . . . . . 148 Calculation of the result . . . . . . . . . . . . 159 Performance characteristics. . . . . . . . . . 169.1 Limit of detection of the method . . . . . . 169.2 Standard deviations . . . . . . . . . . . . . 179.3 Co

14、mparability. . . . . . . . . . . . . . . . 18B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 2 VDI 2267 Blatt 12 / Part 12Seite10 Strungen und Querempfindlichkeiten . . . 1910.1 Strungen . . . . . . . . . .

15、 . . . . . 1910.2 Querempfindlichkeiten . . . . . . . . . 2011 Qualittssicherung . . . . . . . . . . . . . . 20Anhang A Multielement-Standardlsung . . . . . 22Anhang B Empfohlene Targets . . . . . . . . . . 24Anhang C Instrumentelle Nachweisgrenze . . . . 25C1 Bestimmung der instrumentellen Nachwei

16、sgrenze mittels ROI . . . . . . 25C2 Beschreibung der Einflsse auf die Nachweisempfindlichkeit des Systems . 25Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle R

17、echte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), d

18、ie in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.EinleitungMetalle, Halbmetalle und ihre Verbindungen gelan-gen u. a. aus Feuerungsanlagen (l, Kohle, Abfall), dem Straenverkehr sowie bei ihrer Herstellung (

19、Ver-httung) und Verarbeitung in die Auenluft. Durch chemische Reaktionen, Anlagerung oder Kondensa-tion wird dabei der berwiegende Teil als anorgani-sche Verbindung in Partikelform bergefhrt oder an Staubpartikeln angelagert. Typische Konzentrationen in der Auenluft sind in Tabelle 1 dargestellt. Im

20、 Einwirkungsbereich von Industrieanlagen, insbeson-dere von Anlagen zur Gewinnung und Verarbeitung von Metallen, knnen erheblich hhere Konzentrati-onen auftreten. Hierfr ist eine Angabe von typischen Konzentrationsbereichen nicht mglich.Je nach Partikelgre werden sie als Bestandteile des Schwebstaub

21、es oder als Staubniederschlag erfasst, wobei unter Schwebstaub in erster Nherung ein at-Page10 Interferences and cross-sensitivities . . . . 1910.1 Interferences. . . . . . . . . . . . . . . 1910.2 Cross-sensitivities . . . . . . . . . . . . 2011 Quality assurance . . . . . . . . . . . . . . 20Annex

22、 A Multi-element standard solution . . . . 22Annex B Recommended targets . . . . . . . . . 24Annex C Instrumental limit of detection . . . . . 25C1 Determination of the instrumental limit of detection using ROI . . . . . . . . . 25C2 Description of the influences on the system detection sensitivity

23、 . . . . . . 25Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (phot

24、ocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express

25、 our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.IntroductionMetals, metalloids and their compounds enter the ambient air, amongst others, from combustion plants (oil, coil, waste), road traffic and during their manu-facture (smelting) and processing. Under the influ-ence of chemical r

26、eactions, adsorption and condensa-tion the major portion is transported as inorganic compounds in particulate form or deposited on dust particles. Typical concentrations in ambient air are shown in Table 1. Significantly higher concentra-tions may occur in the area of influence of industrial plants,

27、 in particular metal extraction and processing plants, for which no typical concentration ranges can be specified. Depending on the particle size they are recorded as components of suspended particulate matter or as dust deposition, with suspended particulate matter B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F

28、09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2008 VDI 2267 Blatt 12 / Part 12 3 mosphrisches Aerosol mit einer oberen Korngre von etwa 25 m zu verstehen ist (VDI 2463 Blatt 1). Die Partikelgrenverteilungen fr die gesundheits-bezogene Schwebstaubp

29、robenahme ist in der DIN ISO 7708 dargestellt. Aktuell werden die In-haltsstoffe berwiegend in der PM10-Fraktion be-stimmt (DIN EN 12 341 und DIN EN 14 902).In den Blttern dieser Richtlinie werden vollstndige Verfahren zur Bestimmung der genannten Metalle und Halbmetalle im Schwebstaub der Auenluft

30、und im Staubniederschlag beschrieben. Mglicherweise vorhandene filtergngige Anteile werden bei der Konzentrationsbestimmung im Schwebstaub nicht bercksichtigt. Die Auswahl der zu bestimmenden Komponenten erfolgte z. B. nach den in der 17. BImSchV, der 22. BImSchV oder der TA Luft aufgefhrten Element

31、en. In Tabelle 2 sind die bis-lang verffentlichten Bltter dieser Richtlinie zusam-mengefasst. being in a first approximation defined as an atmos-pheric aerosol with an upper particle size limit of ap-prox. 25 m (VDI 2463 Part 1). The particle size dis-tributions for health-related particulate matter

32、 sampling are specified in DIN ISO 7708. Today, the components are determined mainly in the PM10 frac-tion (DIN EN 12 341 and DIN EN 14 902).The various parts of this guideline describe complete methods for determining the aforementioned metals and metalloids in suspended particulate matter and in d

33、ust deposition. Any filter-passing material that may be present is not taken into consideration when deter-mining the concentration in suspended particulate matter. The selection of components to be determined was based on the elements listed in e. g. the Seven-teenth and the Twenty-second Ordinance

34、 on the Im-plementation of the Federal Emission Control Act (17th and 22th BImSchV) or the Technical Instruc-tion on Air Quality Control (TA Luft). The parts of the guideline that have been published to date are summarized in Table 2.Tabelle 1. Typische Massenkonzentrationsbereiche von Metallen und

35、Halbmetallen in der Luft*)Die Analyse von Beryllium mit energiedispersiver RFA ist auf Grund der sehr niedrigen Fluoreszenzausbeute und der Absorption der Be-K-Strahlung am Detektorfenster nicht mglich.Table 1. Typical concentrations of metals and metalloids in air*)The analysis of beryllium by ener

36、gy dispersive XRF is not possible because of the very low fluorescence yield and the absorption of the Be-K radiation at the detector window. Element Massenkonzentrationin ng/m3lndlichesGebietstdtischesGebietAntimon Sb 0,3 bis 1,6 0,2 bis 30Arsen As 0,1 bis 3 0,1 bis 12Beryllium*)Be bis 0,03 0,01 bi

37、s 2Blei Pb 0,1 bis 40 1 bis 100Cadmium Cd 0,01 bis 0,5 0,1 bis 1Chrom Cr 0,1 bis 5 0,6 bis 30Eisen Fe 50 bis 500 300 bis 2000Kobalt Co 0,01 bis 1 0,1 bis 1Kupfer Cu 1 bis 10 3 bis 100Mangan Mn 1 bis 30 1 bis 60Nickel Ni 0,2 bis 6 0,5 bis 20Thallium Tl 1 bis 10 0,1 bis 0,3Vanadium V 0,1 bis 8 0,3 bis

38、 12Zink Zn 50 bis 100 2 bis 700Element Concentrationin ng/m3rural area urban areaAntimony Sb 0,3 to 1,6 0,2 to 30Arsenic As 0,1 to 3 0,1 to 12Beryllium*)Be to 0,03 0,01 to 2Lead Pb 0,1 to 40 1 to 100Cadmium Cd 0,01 to 0,5 0,1 to 1Chromium Cr 0,1 to 5 0,6 to 30Iron Fe 50 to 500 300 to 2000Cobalt Co 0

39、01 to 1 0,1 to 1Copper Cu 1 to 10 3 to 100Manganese Mn 1 to 30 1 to 60Nickel Ni 0,2 to 6 0,5 to 20Thallium Tl 1 to 10 0,1 to 0,3Vanadium V 0,1 to 8 0,3 to 12Zinc Zn 50 to 100 2 to 700B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenie

40、ure e.V., Dsseldorf 2008 4 VDI 2267 Blatt 12 / Part 12Tabelle 2. Bislang erschienene Bltter der Richtlinie VDI 2267*)AAS AtomabsorptionsspektrometrieAFS AtomfluoreszenzspektrometrieICP OES optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem PlasmaICP-MS Massenspektrometrie mit induktiv gekoppel

41、tem PlasmaedRFA energiedispersive Rntgen-Fluoreszenz-AnalyseRFA Rntgen-Fluoreszenz-AnalyseSSt AuenluftSNd Staubniederschlag1 AnwendungsbereichDas in dieser Richtlinie beschriebene Analysenver-fahren eignet sich zur Bestimmung der Massenkon-zentration von partikelgebundenen Elementen in der Auenluft.

42、 Die Nachweisgrenzen, die mit dem in die-ser Richtlinie beschriebenen Messverfahren erreich-bar sind (siehe Abschnitt 9), lassen die Bestimmung vieler Elemente in niedrig belasteten lndlichen Ge-bieten nicht zu. Die Bestimmung dieser Elemente ist daher in der Regel auf industrielle Ballungsrume bzw.

43、 auf Gebiete mit industriellem Einfluss be-schrnkt.2 Grundlagen des VerfahrensSchwebstaubproben im Sinne dieser Richtlinie sind Staubproben, die nach einer der Richtlinien VDI 2463 Blatt 4 bis Blatt 7 bzw. Blatt 9 bis Blatt 11 oder der Richtlinie VDI 2267Element Analysen-verfahren*)Bemer-kung*)Blatt

44、 1 As, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Tl, ZnAAS SStBlatt 2 Pb RFA SStBlatt 4 Pb, Cd AAS SNdBlatt 5 Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb, V, ZnICP OES SStBlatt 7 Tl AAS SNdBlatt 8 Hg AAS SStBlatt 9 Hg AFS SStBlatt 11 Pb edRFA SStBlatt 12 As, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb, ZnedRFA SStB

45、latt 14 Al, As, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, V, ZnICP OES SNdBlatt 15 Al, As, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, K, Mn, Ni, Pb, Sb, V, ZnICP-MS SNdBlatt 16 As, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sb, V, ZnAAS SNdTable 2. Parts of guideline VDI 2267 published to date *)AAS atomic absorption spectrometryAFS at

46、omic fluorescence spectrometryICP OES inductively coupled plasma optical emission spec-trometryICP-MS inductively coupled plasma mass spectrometry EDXRF energy dispersive X-ray fluorescence analysisXRF X-ray fluorescence analysisSSt ambient airSNd dust deposition1ScopeThe analysis method described i

47、n this guideline is suitable for determining the concentration of particle-bound elements in ambient air. The limits of detec-tion that can be attained with the measurement method described in this guideline (see Section 9) do not allow the determination of a large number of ele-ments in rural areas

48、 with low exposure levels. The de-termination of these elements is therefore as a rule limited to industrial agglomerations or areas with an industrial activity. 2 Basic principlesSuspended particulate samples within the meaning of this guideline are particulate samples that were de-posited on panel

49、 filters according to guideline Guideline VDI 2267Element Analysismethod*)Remark*)Part 1 As, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Tl, ZnAAS SStPart 2 Pb XRF SStPart 4 Pb, Cd AAS SNdPart 5 Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb, V, ZnICP OES SStPart 7 Tl AAS SNdPart 8 Hg AAS SStPart 9 Hg AFS SStPart 11 Pb EDXRF SStPart 12 As, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sb, ZnEDXRF SStPart 14 Al, As, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, V, ZnICP OES SNdPart 15 Al, As, Ca, Cd, Co,