VDI 2453 Blatt 2-2002 Gaseous air pollution measurement - Measurement of concentration of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide - Calibration of NO NOx chemiluminescence analysers.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMessen gasfrmiger ImmissionenMessen der Stickstoffmonoxid- und Stickstoffdioxid-KonzentrationKalibrierung von NO/NOx-Chemilumineszenz-Messgerten mit Hilfe der GasphasentitrationGaseous air pollution measurementMeasurement of concentrations of nitrogen monoxideand nitrogen d

2、ioxideCalibration of NO/NOxchemiluminescence analysers usinggas phase titrationVDI 2453Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLArbeitsgruppe Messen von NOx(I)Ausschuss ImmissionsmessverfahrenVDI/DIN-Handbuch Reinhal

3、tung der Luft, Band 5VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not per

4、mittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.20 Oktober 2002No guarantee can be given with respect to the English transla-tion. The German version of this guideline shall be taken asauthoritative.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung .

5、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 42 Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Kalibrieraufgaben. . . . . . . . . . . . . . . . 53.1 Grundkalibrierung. . . . . . . . . . . . . . 53.2 Kontrollkalibrierung . . . . . . . . . . . . 63.3 Fu

6、nktionskontrolle . . . . . . . . . . . . . 64 Mess- und Kalibriertechnik . . . . . . . . . . 64.1 Chemilumineszenz-Verfahren. . . . . . . . 64.2 Gasphasentitration . . . . . . . . . . . . . 85 Kalibrierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.1 Gerte und Betriebsmittel . . . . . . . . . . 115.2

7、 Aufbau des Prfplatzes . . . . . . . . . . . 115.3 Durchfhrung der Gasphasentitration. . . . 115.4 Ausfhrungsbeispiel . . . . . . . . . . . . 135.5 Ermittlung der Kalibrierfunktion . . . . . . 166 Unsicherheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Qualittssicherung . . . . . . . . . . . . . . . 17

8、Anhang Anwendungsmglichkeiten derGasphasentitration zur Kalibrierungund berprfung von Ozon-Analysatoren . . . . . . . . . . . . . . 19Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . .

9、. . . . . 31 Field of application. . . . . . . . . . . . . . . 42 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 43 Calibration tasks . . . . . . . . . . . 53.1 Basic calibration . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Check calibration . . . . . . . . . . . . . . 63.3 Function test . . . . . . . . . . .

10、. . . . . 64 Measurement and calibration techniques . . 64.1 Chemiluminescence method . . . . . . . . 64.2 Gas phase titration . . . . . . . . . . . . . 85Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.1 Apparatus and materials . . . . . . . . . . 115.2 Test site set-up . . . . . . . . . . .

11、. . . . 115.3 Gas phase titration procedure. . . . . . . . 115.4 Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.5 Determination of the calibration function . 166 Uncertainty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Quality assurance . . . . . . . . . . . . . . . 17Annex Gas phase titration for ca

12、librating andchecking ozone analysers . . . . . . . . . 19Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Frhere Ausgabe: 12.00 EntwurfFormer edition: 12/00 draft, in German onlyInhaltlich berprftund unverndertweiterhin gltig2008SeptemberB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD -

13、Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002 2 VDI 2453 Blatt 2 / Part 2VorbemerkungIn der Kommission Reinhaltung der Luft im VDI undDIN Normenausschuss KRdL erarbeiten Fach-leute aus Wissenschaft, Industrie und Verwaltung infreiwilliger Selbstverantwortung VDI-Richtl

14、inienund DIN-Normen zum Umweltschutz. Diese be-schreiben den Stand der Technik bzw. den Stand derWissenschaft in der Bundesrepublik Deutschlandund dienen als Entscheidungshilfen bei der Erarbei-tung und Anwendung von Rechts- und Verwaltungs-vorschriften. Die Arbeitsergebnisse der KRdL flie-en ferner

15、 als gemeinsamer deutscher Standpunkt indie europische technische Regelsetzung bei CEN(Europisches Komitee fr Normung) und in dieinternationale technische Regelsetzung bei ISO(Internationale Organisation fr Normung) ein.Folgende Themenschwerpunkte werden in vier Fach-bereichen behandelt:Fachbereich

16、I Umweltschutztechnik“Produktionsintegrierter Umweltschutz; Verfahrenund Einrichtungen zur Emissionsminderung;ganzheitliche Betrachtung von Emissionsminde-rungsmanahmen unter Bercksichtigung vonLuft, Wasser und Boden; Emissionswerte frStube und Gase; anlagenbezogene messtechni-sche Anleitungen; Umwe

17、ltschutzkostenrechnungFachbereich II Umweltmeteorologie“Ausbreitung von Luftverunreinigungen in derAtmosphre; strfallbedingte Freisetzungen;mikro- und mesoskalige Windfeldmodelle; Wech-selwirkung zwischen Atmosphre und Oberfl-chen; meteorologische Messungen; angewandteKlimatologie; Lufthygienekarten

18、; human-bio-meteorologische Bewertung von Klima und Luft-hygiene; bertragung meteorologischer DatenFachbereich III Umweltqualitt“Wirkung von Luftverunreinigungen auf Mensch,Tier, Pflanze, Boden, Werkstoffe und Atmosphre;wirkungsbezogene Mess- und Erhebungsverfah-ren; Erfassung und Wirkung mikrobiell

19、er Luftver-unreinigungen; Olfaktometrie; UmweltsimulationFachbereich IVUmweltmesstechnik“Emissions- und Immissionsmesstechnik fr anor-ganische und organische Gase sowie fr Partikel;optische Fernmessverfahren; Messen von Innen-raumluftverunreinigungen; Messen von Boden-luftverunreinigungen; Verfahren

20、 zur Herstellungvon Referenzmaterialien; Prfplne fr Mess-gerte; Validierungsverfahren; Messplanung; Aus-Preliminary noteIn the Commission on Air Pollution Prevention ofVDI and DIN Standards Committee KRdL ex-perts from science, industry and administration, act-ing on their own responsibility, establ

21、ish VDI guide-lines and DIN standards in the field of environmentalprotection. These describe the state of the art in sci-ence and technology in the Federal Republic of Ger-many and serve as a decision-making aid in the pre-paratory stages of legislation and application of legalregulations and ordin

22、ances. KRdLs working resultsare also considered as the common German point ofview in the establishment of technical rules on theEuropean level by CEN (European Committee forStandardization) and on the international level byISO (International Organization for Standardization).The following topics are

23、 dealt with in four subdivi-sions: Subdivision I ”Environmental Protection Techniques“Integrated pollution prevention and control for in-stallations; procedures and installations for emis-sion control; overall consideration of measures foremission control with consideration given to theair, water an

24、d soil; emission limits for dusts andgases; plant-related measurement instructions; en-vironmental industrial cost accountingSubdivision II ”Environmental Meteorology“Dispersion of pollutants in the atmosphere; emis-sions from accidental releases; micro- and meso-scale wind field models; interaction

25、 between theatmosphere and surfaces; meteorological measure-ments; applied climatology; air pollution maps;human-biometeorological evaluation of climateand air hygiene; transfer of meteorological dataSubdivision III ”Environmental Quality“Effects of air pollutants on man, farm animals, veg-etation,

26、soil, materials, and the atmosphere; meth-ods for the measurement and evaluation of effects;determination of microbial air pollutants and theireffects; olfactometry; environmental simulation Subdivision IV”Environmental Measurement Techniques“Techniques for emission and ambient air measure-ments of

27、inorganic and organic gases as well asparticulate matter; optical open-path measurementmethods; measurement of indoor air pollutants,measurement of soil air pollutants; procedures forestablishing reference material; test procedures formeasurement devices; validation procedures;B55EB1B3E14C22109E918E

28、8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002 VDI 2453 Blatt 2 / Part 2 3 werteverfahren; QualittssicherungDie Richtlinien und Normen werden zunchst alsEntwurf verffentlicht. Durch Ankndigung im Bun-desanzeiger und in der Fachpresse

29、 erhalten alle inte-ressierten Kreise die Mglichkeit, sich an einemffentlichen Einspruchsverfahren zu beteiligen.Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, dassunterschiedliche Meinungen vor Verffentlichung derendgltigen Fassung bercksichtigt werden knnen.Die Richtlinien und Normen sind in sechs Bn

30、dendes VDI/DIN-Handbuches Reinhaltung der Luft zu-sammengefasst.EinleitungDie Richtlinienreihe VDI 2453 ist in mehrere Bltteraufgeteilt. Sie gibt Anleitungen zum Messen vonStickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2)in der Auenluft, einschlielich der Kalibrierung derMessgerte.Die Bltter der Ric

31、htlinienreihe VDI 2453 beschrei-ben ein manuelles Messverfahren 1 sowie Herstel-lungsverfahren fr Prfgase zur Kalibrierung automa-tischer Messgerte 2. Im vorliegenden Blatt 2 wirdein Kalibrierverfahren vorgestellt, bei dem die Gas-phasentitration (GPT) eingesetzt wird. Es kann fralle automatischen A

32、nalysatoren, die auf dem Chemi-lumineszenz-Verfahren basieren, angewendet werden.Messgerte zur Bestimmung der Stickstoffoxid-Im-missionen werden in der Regel mit Stickstoffmono-xid-Prfgasen kalibriert 2. Eine besondere Bedeu-tung kommt dabei den Analysatoren zu, die nach demMessprinzip der Chemilumi

33、neszenz in Verbindungmit einem Konverter arbeiten, da bei diesem Ver-fahren nebeneinander Stickstoffmonoxid und dieSumme von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid(NOx= NO + NO2) gemessen werden. Stickstoffdio-xid wird als Differenz der Konzentrationen berech-net, die in den beiden Messkanlen gemess

34、en wer-den. Mit Hilfe der Gasphasentitration von NO mitOzon (O3) und dem anschlieenden Bezug auf dasReferenzmessverfahren knnendie Messkanle fr NO und NOxkalibriert werdender Konverterwirkungsgrad bestimmt werdenbei Bedarf die NO-Konzentration im verwendetenPrfgas bestimmt werdenDie genaue Kenntnis

35、der Konzentration des NO-Prfgases ist fr das in dieser Richtlinie beschriebeneVerfahren nicht notwendig. Vielmehr kann die NO-Konzentration des verwendeten Prfgases im Rah-men der gesamten Kalibrierung ermittelt werden. Diemeasurement planning; evaluation methods; qual-ity assuranceThe guidelines an

36、d standards are first published asdrafts. These are announced in the Bundesanzeiger(Federal Gazette) and in professional publications inorder to give all interested parties the opportunity toparticipate in an official objection procedure. Thisprocedure ensures that differing opinions can be con-side

37、red before the final version is published.The guidelines and standards are published in the six-volume VDI/DIN Reinhaltung der Luft (Air Pollu-tion Prevention) manual.IntroductionGuideline series VDI 2453 comprises a number ofparts which give instructions for measuring nitrogenmonoxide (NO) and nitr

38、ogen dioxide (NO2) in ambi-ent air, and for calibrating automatic analysers.The individual parts of this guideline series specify amanual analytical method 1 and methods for pre-paring calibration gases to calibrate automatic instru-ments 2. This Part 2 specifies a calibration methodusing gas phase

39、titration (GPT). It can be applied toall automatic analysers based on the chemilumines-cence measuring principle.Instruments for determining nitrogen oxide concen-trations in ambient air are generally calibrated usingnitrogen monoxide calibration gases 2. Analysersusing the chemiluminescence princip

40、le, equippedwith a converter, play a dominant role, since theymeasure simultaneously nitrogen monoxide and thetotal of the nitrogen monoxide and nitrogen dioxide(NOx= NO + NO2). Nitrogen dioxide is calculated asthe difference between the concentrations measuredin the two analytical channels of the a

41、nalyser. Usingthe gas phase titration of NO with ozone (O3) andtracing the results back to the reference measurementmethodthe NO and NOxchannels can be calibratedthe converter efficiency can be determinedif necessary, the NO concentration in the calibra-tion gas used can be determinedFor the use of

42、the method described in this guidelineit is not necessary to know the exact NO concentra-tion in the NO calibration gas used. However, the NOconcentration can be determined as part of the cali-bration procedure. The concentration of O3producedB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - St

43、and 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2002 4 VDI 2453 Blatt 2 / Part 2fr die Gasphasentitration erzeugte O3-Konzentra-tion, die der gebildeten NO2-Konzentration quiva-lent ist, kann alternativ auch mit der UV-Photometrieals Referenzmessverfahren 3; 4 bestimmt werden.E

44、ine im Rahmen der Gasphasentitration kombinierteKalibrierung von Ozon-Messgerten wird im An-hang beschrieben.Neben handelsblichen Prfgasgeneratoren knnenauch selbst konstruierte Bauformen, die eine gere-gelte Ozonerzeugung ermglichen, zur Gasphasen-titration verwendet werden.1 AnwendungsbereichDiese

45、 Richtlinie gibt allgemeine Hinweise auf Kalib-rierverfahren fr automatische Messgerte und be-schreibt im Besonderen die Kalibrierung vonNO/NOx-Chemilumineszenz-Analysatoren mit Hilfeder Gasphasentitration. Daneben stellt sie heraus, wiedie Konzentration eines fr die Kalibrierung herge-stellten Prfg

46、ases mit zunchst nicht genau bekann-tem NO-Gehalt im gleichen Arbeitsgang bestimmtwerden kann. Die Gasphasentitration erlaubt glei-chermaen, Stickstoffdioxid als auch Ozon in defi-nierter Konzentration fr Kalibrieraufgaben bereitzu-stellen und bietet im Rahmen der Qualittssicherungdie Mglichkeit, de

47、n Bezug auf zwei Referenzmess-verfahren (Saltzman-Verfahren und UV-Photometrie)sowie auf primre Prfgase herzustellen.2 DefinitionenKalibrierung 5Ermittlung des Zusammenhanges zwischen den Wer-ten der Zustandsgre und den entsprechenden Wer-ten des MesssignalsAnmerkung: Eine Kalibrierung besteht aus e

48、inem Kalibrier-experiment und einer rechnerischen Auswertung der Ergeb-nisse. Bei einem Kalibrierexperiment wird das Messsignal anReferenzzustnden gemessen. In der anschlieenden Aus-wertung wird der beobachtete Zusammenhang zwischenZustandsgre und Messsignal fr die betreffenden Werte-bereiche mathem

49、atisch beschrieben.Justierung 6Einstellen oder Abgleichen eines Messgertes, umsystematische Messabweichungen so weit zu beseiti-gen, wie es fr die vorgesehene Anwendung erforder-lich istReferenzverfahren 7Referenzverfahren bestehen aus einem Referenz-messverfahren und der Kalibrierung mit einem Pri-mrstandardfor gas phase titration, which is equivalent to the con-centration of NO2formed, can as an alternative alsobe determined