VDI 2465 Blatt 2-2016 Measurement of soot (ambient air) - Thermographic determination of elemental carbon after thermal desorption of organic carbon.pdf

1、ICS 13.040.20 VDI-RICHTLINIEN November 2016 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Messen von Ru (Immission) Thermografische Bestimmung des elementaren Kohlen-stoffs nach Thermodesorption des organischen Kohlenstoffs Measurement of soot (ambient air) Thermographic determination of elemental carbon after therma

2、l desorption of organic carbon VDI 2465 Blatt 2 / Part 2 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundesanzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this stand

3、ard has been subject to public scru-tiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette). The German version of this standard shall be taken as authoritative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss

4、KRdL Fachbereich Umweltmesstechnik VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 4: Analysen- und Messverfahren I Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgaben:05.99;03.15Entwurf,deutschFormereditions:05/99;03/15Draft,inGerman

5、onlyZu beziehen durch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten/All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2016Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 3 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 4 4 Formelzeichen und Abkrzungen . 4 5

6、 Grundlage des Verfahrens . 5 6 Technische Beschreibung . 6 6.1 Gerte und Betriebsmittel fr die Probenahme und die thermografische Kohlenstoffbestimmung . 6 6.2 Analyseeinheit 7 7 Durchfhrung der Messungen . 7 7.1 Probenahme, Transport und Lagerung . 7 7.2 Thermografische Kohlenstoffbestimmung . 9 8

7、 Berechnung der Ergebnisse 14 9 Verfahrenskenngren . 15 9.1 Blindwerte 15 9.2 Nachweisgrenze . 16 9.3 Reproduzierbarkeit des Gesamtverfahrens 16 9.4 Querempfindlichkeit 17 Schrifttum 18 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 3 2 Normative references . 3 3 Terms and definitions 4 4 Symbols and

8、 abbreviations . 4 5 Principle of the method 5 6 Technical description . 6 6.1 Apparatus and reagents for sampling and thermographic carbon determination . 6 6.2 Analyser unit 7 7 Measurement procedure 7 7.1 Sampling, transport and storage . 7 7.2 Thermographic determination of carbon 9 8 Calculatio

9、n of results . 14 9 Performance characteristics . 15 9.1 Blanks 15 9.2 Detection limit . 16 9.3 Reproducibility of the overall method . 16 9.4 Cross-sensitivity 17 Bibliography 18 B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollectio

10、n - Stand 2016-11 2 VDI 2465 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fot

11、okopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.

12、Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2465. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the

13、requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement o

14、f copyright is permitted subject to the licensing con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.v

15、di.de/2465. Einleitung Die Emissionen des Kraftfahrzeugverkehrs sind trotz der in den vergangenen Jahrzehnten erzielten erheblichen Minderungen eine bedeutende Quelle fr Luftverunreinigungen in Innenstdten 1. Ins-besondere in Straenschluchten mit hohem Ver-kehrsaufkommen haben diese Emissionen durch

16、 den geringen Abstand zwischen Emittent und Re-zeptor und die eingeschrnkte Durchlftung eine besondere lufthygienische Relevanz. Zur Minde-rung der als krebserregend eingestuften Ruemis-sionen wurde in der mittlerweile aufgehobenen 23. Verordnung zur Durchfhrung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (

17、23. BImSchV) u. a. ein auf das Jahr bezogener Konzentrationswert als Beurteilungsmastab fr den verkehrsbezogenen Ru festgelegt. Durch die bernahme der Vor-schriften der EU-Luftqualittsgesetzgebung in nationales Recht (39. BImSchV) ist der Konzentra-tionswert fr Ru entfallen und wurde durch Grenzwert

18、e fr Feinstaub (PM10, PM2,5) ersetzt. Die mglichen Auswirkungen elementaren Koh-lenstoffs auf die Gesundheit der Bevlkerung und das Klima sind gut in den bersichtsarbeiten 2; 3 beschrieben und zeigen, dass diese Komponente ungeachtet eines nicht vorhandenen Grenzwerts weiterhin von Bedeutung ist. Ru

19、 wird derzeit im Straenverkehr im Wesentlichen von Kraftfahrzeugen emittiert, die mit Dieselmotoren betrieben werden. Der Schwerlastverkehr trgt dabei nach wie vor berproportional zur Emission bei. Ru setzt sich generell aus elementarem Kohlen-stoff und primr emittierten organischen Kohlen-stoffverb

20、indungen zusammen. Der wesentliche Indikator fr Produkte aus unvollstndigen Ver-Introduction Despite considerable improvements over the past decades, emissions from motor vehicle traffic are still a major source of air pollution in inner cities 1. In urban street canyons with high traffic vol-ume, t

21、hese emissions are of particular relevance to air quality due to the close distance between source and receptor and reduced natural ventilation. To reduce soot emissions, which are classified as car-cinogenic, an annual mean concentration level was set as an assessment criterion for traffic-related

22、soot in the meanwhile repealed 23rdOrdinance on the Implementation of the Federal Air Pollution Control Act (23. BImSchV). As a result of the transposition of the EU ambient air quality legisla-tion into national law (39. BImSchV), the soot concentration value has been omitted and replaced by limit

23、values for fine particulate matter (PM10, PM2,5). Potential public health and climate effects of elemental carbon are well covered by systematic reviews 2; 3 which show that this component, albeit not regulated by a limit value, continues to be of relevance. Currently, traffic-related soot is mainly

24、 emitted by diesel engine-driven motor vehicles, the heavy-duty vehicles contributing disproportionately to the emission. Soot is basically composed of elemental carbon and primary emissions of organic carbon compounds, elemental carbon being an important indicator of products of incomplete combusti

25、on processes. The B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 2465 Blatt 2 / Part 2 3 brennungsprozessen ist dabei der elementare Koh-

26、lenstoff. Das in dieser Richtlinie beschriebene Verfahren definiert den elementaren Kohlenstoff als Anteil des Gesamtkohlenstoffs, der nach einer thermischen Desorption der organischen Kohlen-stoffverbindungen durch eine daran anschlieende Verbrennung gemessen wird. Derzeit fehlen geeignete quellens

27、pezifische Leit-substanzen fr die Routineuntersuchung von Die-selru. Auch die chemische und physikalische Vernderung der Partikel beim Durchlaufen atmo-sphrischer Alterungsprozesse lsst eine Unter-scheidung der Rupartikel nach ihrer Quelle (Ver-kehr, Hausbrand, Industrie) auf chemisch-analy-tischem

28、Wege nicht zu. Bei der Messung und Be-wertung verkehrsbezogener Ruimmissionen muss daher vorausgesetzt werden knnen, dass Ruemis-sionen aus anderen Verbrennungsprozessen am Messort zu vernachlssigen oder, beispielsweise aufgrund von Emissionsfaktoren, zu quantifizieren sind. method described in this

29、 standard defines elemental carbon as the fraction of total carbon that is meas-ured by combustion after thermal desorption of the organic carbon compounds. There are currently no suitable source-specific tracer substances for routine analysis of diesel soot. Moreover, the chemical and physical chan

30、ges un-dergone by the particles in the course of the at-mospheric ageing processes do not allow a source apportionment of soot particles (traffic, domestic heating, industry) by chemical analysis. The mea-surement and assessment of traffic-related atmos-pheric soot therefore presupposes that soot em

31、is-sions from other combustion processes at the sam-pling site can be neglected or quantified on the basis of emission factors, for instance. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie beschreibt ein Verfahren zur thermografischen Bestimmung von elementarem Kohlenstoff in atmosphrischen Partikeln. Sie die

32、nt der Definition von Randbedingungen fr die Messung an verkehrsbelasteten Standorten. Bei einem Einsatz des Verfahrens an anderen Standort-typen ist die Mglichkeit von Artefakten, z. B. durch einen erhhten Anteil organischen Kohlen-stoffs, zu bercksichtigen. Die Richtlinie legt sowohl das zu verwen

33、dende Filtermaterial als auch das Temperaturprogramm zur Trennung zwischen organischen Kohlenstoff-verbindungen und elementarem Kohlenstoff bei der Analyse fest. Diese Richtlinie behandelt nicht die eigentliche Probenahme, die nach DIN EN 12341 festgelegt ist. 1 Scope This standard describes a metho

34、d for the thermo-graphic determination of elemental carbon in at-mospheric particles. It defines the general condi-tions for measurements at sites of high traffic den-sity. When using the method at other types of site, the likelihood of artefacts, e.g. through an elevated fraction of organic carbon,

35、 must be taken into ac-count. This standard defines both the filter material and the temperature programme to be applied for the split between organic carbon compounds and ele-mental carbon in the analysis. The actual sampling procedure is defined in DIN EN 12341, and is not the subject of this stan

36、dard. 2 Normative Verweise Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: DIN EN 12341:2014-08 Auenluft; Gravimetri-sches Standardmessverfahren fr die Bestim-mung der PM10- oder PM2,5-Massenkon-zentration des Schwebstaubes; Deutsche Fas-sung EN 12341:2014 VDI

37、 2449 Blatt 1:1995-02 Prfkriterien von Me-verfahren; Ermittlung von Verfahrenskenngr-en fr die Messung gasfrmiger Schadstoffe (Immission) 2 Normative references The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: DIN EN 12341:2014-08 Ambient air; Standard grav

38、imetric measurement method for the de-termination of the PM10or PM2,5mass concen-tration of suspended particulate matter; German version EN 12341:2014 VDI 2449 Part 1:1995-02 Measurement methods test criteria; Determination of performance characteristics for the measurement of gaseous pollutants (im

39、mission) B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 4 VDI 2465 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten

40、 die folgenden Begriffe: elementarer Kohlenstoff (Elemental Carbon, EC) Anteil des Kohlenstoffs in einer Probe, der im thermografischen Verfahren erst durch Ver-brennung im Sauerstoffstrom erfasst werden kann Anmerkung: Messtechnisch ist es nicht mglich, elementaren Kohlenstoff als Bestandteil von R

41、u direkt zu bestimmen. Ziel der in der Richtlinienreihe VDI 2465 dargestellten Verfahren ist es, diese Definition durch ein Konventionsverfahren mess-technisch mglichst genau abzubilden. organischer Kohlenstoff (Organic Carbon, OC) Anteil des Kohlenstoffs in einer Probe, der nahezu ausschlielich in

42、organischen Verbindungen vor-liegt und im thermografischen Verfahren unter Inertgas der Desorption oder Pyrolyse unterliegt Ru kohlenstoffhaltige Partikel, die bei unvollstndiger Verbrennung entstehen 3 Terms and definitions For the purposes of this standard, the following terms and definitions appl

43、y: elemental carbon (EC) carbon fraction in a sample that can only be deter-mined by the thermographic method after combus-tion in an oxygen stream Note: Direct measurement of elemental carbon as a soot component is not possible. The objective of the methods pre-sented in the series of standards VDI

44、 2465 is to model the above definition as accurately as possible by a conventional method. organic carbon (OC) carbon fraction in a sample that is more or less exclu-sively present in the form of organic compounds and is desorbed or pyrolysed in an inert gas atmosphere for determination by the therm

45、ographic method soot carbon-containing particles generated by incom-plete combustion 4 Formelzeichen und Abkrzungen Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Bezeichnung Einheit AFilterbeaufschlagte Flche des gesam-ten Filters cm2A

46、TeilFlche des analysierten Teil-stcks cm2cDmittlerer Konzentrationswert, ermittelt aus den Doppelbestim-mungen g/m3cGKohlenstoffkonzentration in der Auenluft g/m3cPSPolystyrolkonzentration in der Testlsung g/ DF Verdnnungsfaktor 1/ FCUmrechnungsfaktor zur Kohlen-stoffmassenbestimmung g/m M molare Ma

47、sse g/mol mBmittlerer Blindwert der Filter-beladung g mGKohlenstoffmasse des gesamten Filters g mTKohlenstoffmasse auf der Teil-probe g nDAnzahl der Doppelbestim-mungen 4 Symbols and abbreviations Symbols The following symbols are used throughout this standard: Symbols Designation Unit Aflterexposed

48、 area of the complete filter cm2Apuncharea of the analysed sample por-tion cm2cDmean concentration value ob-tained from duplicate determina-tions g/m3cGcarbon concentration in the am-bient air g/m3cPSpolystyrene concentration of the test solution g/ DF dilution factor 1/ FCconversion factor for dete

49、rmin-ing the carbon mass g/m M molar mass in g/mol mBmean blank of filter loading g mtotcarbon mass of total filter g mpunchcarbon mass on filter punch g nDnumber of duplicate determina-tions B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2016 VDI 2465 Blatt 2 / Part 2 5 Formel-zeichen Bez