VDI 3794 Blatt 3-2009 Determination of deposition fluxes of ambient air pollutants - Determination of the deposition flux of atmospheric nitrogen oxides (NOy) using the IRMA method.pdf

1、ICS 13.040.20 VDI-RICHTLINIEN Mrz 2009March 2009VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Bestimmung von Immissions-Raten Bestimmung der Immissions-Rate atmosphrischer Stickstoffoxide (NOy) mithilfe des IRMA-Verfahrens Determination of deposition fluxes of ambient air pollutants Determination of the deposition fl

2、ux of atmospheric nitrogen oxides (NOy) using the IRMA method VDI 3794 Blatt 3 / Part 3 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 verbi

3、ndlich. The draft of this guideline has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette). The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luf

4、t im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltqualitt Arbeitsgruppe Wirkung von Luftverunreinigungen auf Werkstoffe und Umweltsimulation VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1a: Maximale Immissions-Werte Vervielfltigung auch fr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction

5、 even for internal use not permittedFrhere Ausgabe: 12.07Entwurf, deutsch Former edition: 12/07 Draft,inGermanonly Zu beziehen durch / Available atBeuthVerlagGmbH, 10772 BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rights reserved VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2009 Inhalt Seite Contents Page Vorbemer

6、kung . 2 Einleitung. 2 1 Anwendungsbereich 3 2 Grundlage des Verfahrens. 4 3 Vorbereitung und Aufstellung der IRMA 7 3.1 Vorbereitung 7 3.2 Aufstellung 7 4 Verfahrensvorschriften 7 4.1 Vorbereitung der Trgerkrper 7 4.2 Herstellung der Absorptionslsung 8 4.3 Herstellung der IRMA-Blindproben 9 4.4 Bet

7、rieb der IRMA 10 4.5 Aufbereitung der IRMA-Proben und Blindproben . 14 4.6 Bestimmung von Nitrit und Nitrat . 15 4.7 Berechnung der Akkumulations- und Immissions-Rate 19 5 Verfahrenskenngren 20 5.1 Beispiele fr Gesamtstandard- abweichungen 20 5.2 Beispiele fr Blindwerte und Bestimmungsgrenzen. 20 Sc

8、hrifttum 23 Preliminary note .2 Introduction 2 1 Scope.3 2 Fundamentals of the method.7 3 IRMA preparation and siting 7 3.1 Preparation .7 3.2 Siting7 4 Implementation instructions7 4.1 Holder preparation .7 4.2 Preparing the absorption solution.8 4.3 Preparing the IRMA blank samples .9 4.4 IRMA ope

9、ration .10 4.5 Processing the IRMA samples and blank samples.14 4.6 Nitrite and nitrate determination 15 4.7 Calculation of the accumulation rate and the deposition flux.19 5 Performance characteristies20 5.1 Examples of total standard deviations.20 5.2 Examples of blank values and determination lim

10、its .20 Bibliography.23 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 2 VDI 3794 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der

11、 Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder voll-stndig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen

12、(www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3794. Preliminary note T

13、he content of this guideline has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either o

14、f the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this guideline. A catalogue of all ava

15、ilable parts of this guideline can be accessed on the internet at www.vdi.de/3794. Einleitung Bei der Untersuchung und Beurteilung der Einwir-kungen atmosphrischer Spurenstoffe auf Werk-stoffe besteht die Notwendigkeit, Aussagen berden Zusammenhang zwischen den vorhandenenSpurenstoffen und den darau

16、s resultierenden Wir-kungen zu treffen. Fr das Zustandekommen einerEinwirkung auf Werkstoffe ist wegen des speziel-len Wirkungsmechanismus meist weniger die mo-mentane Spurenstoffkonzentration als vielmehr dievon der Flcheneinheit des Werkstoffs in einerZeiteinheit aufgenommene Stoffmenge von Be-deu

17、tung. Eine geeignete Messgre fr den Zu-sammenhang von atmosphrischem Vorkommenund Wirkung eines Stoffs ist daher die Immissions-Rate. Sie ist die in einer Zeiteinheit in die Flchen-einheit eines Akzeptors aus der Luft bergetretene Menge eines Stoffs (VDI 2309 Blatt 1; VDI 3794Blatt 1, 1). Neben der

18、atmosphrischen Spuren-stoffkonzentration und der Anstrmgeschwindig-keit beeinflussen auch grenzflchenspezifischeParameter die Immissions-Rate. Sie ist somit eine auf die Eigenschaften des jeweiligen Akzeptorsbezogene Messgre. Die Immissions-Rate wird aus der Akkumulations-Rate, das heit der in einer

19、 Zeiteinheit von derFlcheneinheit eines Akzeptors durch Aufnahmeaus der Luft angesammelten Menge eines Stoffs,abgeleitet. Unter Bercksichtigung der zum Ein-trag eines Stoffs an der Akzeptor-Oberflche ver-antwortlichen Prozesse wird seine Akkumulations-Rate der Deposition1)eines oder mehrerer atmo-In

20、troduction When examining and assessing the effects of at-mospheric trace substances on materials, it is nec-essary to come to conclusions about the link be-tween the trace substances present and their result-ing effects. Due to the special active mechanism, it is mostly not so much the instantaneou

21、s trace sub-stance concentration that is significant for the im-pact on working materials as the quantity of mate-rial taken up by a unit area of the working material in a unit time. Therefore, the deposition flux is a suitable quantity for measuring the link between atmospheric incidence and the im

22、pact of a sub-stance. It is the quantity of a material penetrating a unit area of an acceptor from the air in a unit time (VDI 2309 Part 1; VDI 3794 Part 1, 1). In addi-tion to atmospheric trace substance concentration and the flow velocity, the deposition flux is also affected by boundary surface-s

23、pecific parameters. Therefore, it is quantity related to the properties of the relevant acceptor. The deposition flux is derived from the accumula-tion rate, that is, the quantity of a material accumu-lated in a unit of time by a unit area of an acceptor through uptake from the air. Taking into acco

24、unt the processes responsible for the input of a sub-stance at the acceptors surface, its accumulation rate is assigned to the deposition1)of one or several atmospheric substances and accordingly quoted as 1)Deposition: gebruchliches Synonym fr Immission (VDI 2450 Blatt 1, DIN ISO 4225, 2) / Deposit

25、ion: common synonym for immission (VDI 2450 Part 1, DIN ISO 4225, 2) B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 VDI 3794 Blatt 3 / Part 3 3 sphrischer Stoffe zugeordnet und entsprechend alsImmissions-Rate a

26、ngegeben. Ist es nicht mglich, die spezifische Immissions-Rate eines Spurenstoffsauf einen Werkstoff zu bestimmen, so bezieht mansich auf die Immissions-Rate an einer standardi-sierten Grenzflche als relative Vergleichsgre. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird dieFlssigkeitsoberflche des Trgerk

27、rpers der Im-missions-Raten-Mess-Apparatur (IRMA), siehe 3; 4, als Standardgrenzflche eingesetzt. Die Ver-fahrensvorschrift fr das IRMA-Verfahren kann, jenachdem, welche atmosphrischen Spurenstoffebestimmt, welche Absorptionslsung verwendetund welche Analysenverfahren angewendet wer-den sollen, vers

28、chieden sein. Mit dem vorliegenden Verfahren wird die Immissions-Rate der Summeatmosphrischer Stickstoffoxide (NOy) an derIRMA-Standardoberflche bestimmt. Die Bestim-mung der Immissions-Raten von atmosphrischenFluoriden, Chloriden und Schwefeloxiden (SOx) wird in VDI 3794 Blatt 1, die von Ammoniak u

29、ndAmmoniumverbindungen (NHx) in VDI 3794 Blatt 2 beschrieben. the deposition flux. If it is not possible to deter-mine the specific deposition flux of a trace sub-stance on a working material, one refers to the deposition flux at a standardised boundary surface as a relative comparison quantity. In

30、the method described here, the liquid surface of the holder of the immission rate measuring appara-tus (IRMA), see 3; 4 is used as a standard bound-ary surface. The procedure for the IRMA method can vary, depending on which atmospheric trace substances are to be determined, which absorption solution

31、 used and which analytical methods em-ployed. The method discussed here determines the deposition flux of the total atmospheric nitrogen oxides (NOy) at the IRMA standard surface. De-termining the deposition fluxes of atmospheric fluorides, chlorides and sulphur oxides (SOx) is described in VDI 3794

32、 Part 1, that of ammonia and ammonium compounds (NHx) in VDI 3794 Part 2.1 Anwendungsbereich Dieses IRMA-Verfahren ist ein Probenahmever-fahren, das in Verbindung mit dem nachgeschalte-ten, definierten Analysenverfahren fr die gewon-nenen Proben ein vollstndiges Messverfahren ist. Immissions-Raten-B

33、estimmungen mit dem IRMA-Verfahren knnen zu verschiedenen Zwecken ein-gesetzt werden, z. B.: begleitende Untersuchung zur Verursachung von Korrosion oder Verwitterung durch atmo-sphrische Spurenstoffe bei der Freibewitterung von Werkstoffen nach VDI 3955 Blatt 1, Blatt 2und Blatt 3 Ermittlung atmosp

34、hrischer Verursacherstoffe von Materialschdigungen und Feststellung ak-tueller Schadensgefhrdungen an Objektendurch Einwirkung atmosphrischer Stoffe Erfassung rumlicher und lokalklimatischerUnterschiede der nicht schwerkraftbedingtenDeposition atmosphrischer Spurenstoffe sowieder jahreszeitlich oder

35、 anderweitig bedingtenSchwankung ihrer Deposition Verwendung im Rahmen eines Wirkungs-katasters 1 Scope This IRMA method is a sampling method which in conjunction with the subsequent defined analytical method for the samples obtained, is a complete measurement method. Deposition fluxes determined us

36、ing the IRMA method can be utilised for a variety of purposes, e.g.: ancillary examination into the causes of corro-sion or outdoor weathering of working materi-als by atmospheric trace substances in accor-dance with VDI 3955 Part 1, Part 2 and Part 3 establishing the atmospheric substances respon-s

37、ible for damaging various materials and deter-mining the current hazards to which objects are exposed through the effects of atmospheric sub-stances recording of regional and local climatic differ-ences in the non-gravitational deposition of at-mospheric trace substances and the seasonal or other fl

38、uctuations in their deposition use as part of an impact inventory B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08 4 VDI 3794 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2009 2 Grundlage des Verfahrens Das Prinzip des Verfahrens beruht auf

39、 der De-position atmosphrischer Spurenstoffe in eine ge-eignete Absorptionsflssigkeit. Die Mengen vonsich in der Flssigkeit ansammelnden Depositions-produkten werden auf die Flche des Akzeptors und die Dauer der Messperiode bezogen. Die IRMA2)ist entsprechend Bild 1 aufgebaut: Eine wssrige Absorptio

40、nslsung wird aus einer 1000 m fassenden Vorratsflasche (D) durch einePumpe (P) in den Verteilerkopf (C) gefrdert. Von hier aus dringt sie durch Verteilungsbohrungen undeine Ringnute (B) in den Papierfilz des zylindri-schen Trgerkrpers (A) ein, den sie gleichmigdurchtrnkt und benetzt. Auf diese Art e

41、ntsteht einFlssigkeitsfilm auf dem Trgerkrper, der nahezudessen Oberflchengeometrie entspricht. An dieser flssigen Oberflche als Akzeptor werden Stoffeaus der umgebenden Luft deponiert. Fr Ab-sorptionsreaktionen erforderliches Wasser stehtunabhngig von der Luftfeuchte zur Verfgung.Die Absorptionsfls

42、sigkeit luft im und am Trger-krper herunter und tropft von seinem unterenEnde wieder in die Vorratsflasche zurck. In diesem Kreislauf wird die Lsung nach und nach mit am Flssigkeitsfilm aus der Luft aufgenom-menen Stoffen angereichert. Der Trgerkrper eine handelsbliche Extrakti-ons- oder Soxhlethlse

43、 ist dabei so angeordnet,dass er von allen Seiten nahezu frei anstrmbar ist.Anstrmungsbehinderungen durch die Trger-holme des Aufsatzes (siehe Bild 2) und das Ex-positionshuschen (siehe Bild 3) sind vernach-lssigbar 5. Atmosphrische Stoffe sowohl gasfrmige alsauch partikel- und trpfchenfrmige werden

44、durch Diffusion und Impaktion an der Akzeptor-Oberflche deponiert. Mit der IRMA wird daherjener Teil der trockenen und nassen Depositionerfasst, der durch eine horizontale, nicht schwer-kraftbedingte Bewegungskomponente erfolgt. DerDepositionswiderstand der nach einheitlichem Verfahren eingesetzten

45、IRMA-Gerte wird vonden atmosphrischen Gegebenheiten am Messortim Messzeitraum variiert. Die ermittelten Immissi-ons- oder Akkumulations-Raten sind damit relati-ve, ber Ort und Zeit vergleichbare Messgren eines mittleren atmosphrischen Zustands. 2 Fundamentals of the method The method used here relie

46、s on the deposition of atmospheric trace substances in a suitable absorp-tion liquid. The quantities of the deposition prod-ucts accumulating in the liquid are related to the acceptors area and to the measurement period. The IRMA2)is constructed as in Figure 1: an aqueous absorption solution is conv

47、eyed from a 1000 m reservoir bottle (D) by a pump (P) into the distributor head (C). From here it travels through distribution holes and a ring nut (B) into the paper felt of the cylindrical holder (A), which it wets and saturates uniformly. This creates a liquid film on the holder, which closely co

48、rresponds to its surface geometry. Substances from the surrounding air are deposited on this liquid surface which acts as the acceptor. The water necessary for absorption reactions is available regardless of air humidity. The absorption liquid runs down in and on the holder, and drips from its lower

49、 end back into the reservoir bottle. In this circuit, the solution is en-riched progressively with the substances collected by the liquid film from the air. The holder a standard commercial extraction or Soxhlet thimble is so arranged that it is virtually freely exposed to currents from all directions. Ob-struction by the top frames carrier rods (see Fig-ure 2) and the exposure hous