1、Oktober 2008DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 25.220.20!$Q/9“1461222www.din.deDDIN 52980Ph
2、otokatalytische Aktivitt von Oberflchen Bestimmung der photokatalytischen Aktivitt durch Abbau vonMethylenblauPhotocatalytic activity of surfaces Determination of photocatalytic activity by degradation of methylene blueActivit photocatalytique des surfaces Dtermination de lactivit photocatalytique p
3、ar dgradation du bleu de mthylneAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 14 SeitenDIN 52980:2008-10 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungsbereich 3 2 Begriffe 3 3 Formelzeichen und Einheiten 3 4 Kurzbeschreibung 5 5 Gerte. 5 6 Kalibrierung. 5 7 Prf- un
4、d Konditionierungslsung . 5 8 Probenvorbereitung 6 9 Vorbereitung der Messung 6 10 Durchfhrung der Messung. 7 11 Auswertung der Ergebnisse 8 12 Przision 9 13 Prfbericht. 9 Anhang A (informativ) Beispiel fr eine Auswertung . 10 Anhang B (informativ) Beispiele fr Messapparaturen 11 Anhang C (informati
5、v) Ergebnisse des Ringversuchs . 13 Literaturhinweise . 14 Bilder Bild 1 Schematische Darstellung des Verlaufs der Absorbanz-Zeit-Kurven im Dunkeln und bei Bestrahlung. 7 Bild B.1 Schematischer Aufbau einer Messapparatur mit Prfzylinder 11 Bild B.2 Schematischer Aufbau einer Online-Messapparatur mit
6、 Prfzellen . 12 Tabellen Tabelle 1 Formelzeichen und Einheiten 4 Tabelle A.1 Auswertung der Messergebnisse eines Beispiels 10 Tabelle C.1 Ergebnisse des Ringversuchs. 13 DIN 52980:2008-10 3 Vorwort Dieses Dokument wurde vom Arbeitsausschuss NA 062-02-93 AA Photokatalyse“ des Normenausschusses Materi
7、alprfung (NMP) erarbeitet. 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument legt ein Verfahren zur Bestimmung der photokatalytischen Aktivitt von Oberflchen mittels Abbau von Methylenblau (MB) in wssriger Lsung unter knstlicher Bestrahlung fest und charakterisiert photokatalytisch aktive Oberflchen hinsichtlich
8、ihrer Aktivitt zum Abbau gelster organischer Molekle unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht. Dieses Dokument ist nicht geeignet zur Charakterisierung der Oberflchen hinsichtlich der photokatalytischen Aktivitt im sichtbaren Licht. Eine Korrelation der photokatalytischen Aktivitt hinsichtlich der
9、 Reinigung von direkter Verschmutzung, des Abbaues gasfrmiger Molekle in der Umgebungsluft oder der antimikrobiellen Wirksamkeit kann gegeben sein. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die folgenden Begriffe. 2.1 spezifische photokatalytische Aktivitt PMBMa fr den photochemischen Umsa
10、tz, angegeben in Mol je Quadratmeter und Stunde (mol/(m2 h) 2.2 Photoneneffizienz MBMa fr die Selektivitt der eingestrahlten Photonen zur Methylenblau-Entfrbung, angegeben in Prozent der eingestrahlten Photonen ANMERKUNG Es wird angenommen, dass ein Photon zur Entfrbung eines Molekls ausreicht. 2.3
11、Prflsung wssrige Lsung von MB, die als Reaktionslsung zur Bestimmung der Photoaktivitt von Oberflchen dient 2.4 Messlsung Teilmenge der Prflsung (2.3) mit einem Volumen 10 W/m2zu lagern. Zur Konditionierung sind zwei gleichartige Probekrper in jeweils einem Gef mit Konditionierungs-lsung (siehe Absc
12、hnitt 7) einzulegen. Entweder ist die Konditionierungslsung bei aufgeklebten Prfzylindern einzufllen oder die Probekrper sind in die Konditionierungslsung einzulegen. Beide Gefe mit den Probekrpern und der Konditionierungslsung sind mindestens 2 h im Dunkeln ber eine gleich lange Zeit zu lagern. Sob
13、ald die Konzentration der Konditionierungslsung unterhalb der der Prflsung liegt, ist die Konditionierung mit frischer Konditionierungslsung zu wiederholen. 9 Vorbereitung der Messung Bei Verwendung von Prfzellen (siehe Bild B.2) sind die beiden konditionierten Probekrper in die Messapparatur (5.2)
14、mit den Prflsungen (siehe Abschnitt 7) einzubringen und im Dunkeln zu lagern. Bei aufgeklebten Prfzylindern (siehe Bild B.1) sind die Konditionierungslsungen gegen die Prflsung zur Zeit t0(siehe Bild 1) auszutauschen. Die berschichtungshhe der MB-Prflsung ber der photokatalytisch aktiven Oberflche m
15、uss im Bereich von 20 mm bis 50 mm liegen. Das Volumen der Prflsung muss mindestens 10-mal so gro sein wie das Volumen der zur Messung im Photometer bentigten Messlsung. Das Volumen der Prflsung ist exakt zu bestimmen. ANMERKUNG Das Volumen der Prflsung betrgt bei aufgeklebtem Prfzylinder typischerw
16、eise 50 ml bei einer Flche von A = 1 000 mm2und einer Fllhhe von 50 mm. DIN 52980:2008-10 7 Legende Y Absorbanz X Zeit 1 Absorbanz-Zeit-Kurve der Prflsung im Dunkeln (ohne Bestrahlung) 2 Absorbanz-Zeit-Kurve der Prflsung bei Bestrahlung Bild 1 Schematische Darstellung des Verlaufs der Absorbanz-Zeit
17、-Kurven im Dunkeln und bei Bestrahlung 10 Durchfhrung der Messung Die Prfzellen bzw. die Prfzylinder sind mit der Glasscheibe (5.3) abzudecken. Mit der Bestrahlung des Probekrpers ist zu beginnen, wenn die Absorbanz-Zeit-Kurve der Prflsung (siehe Kurven 1 und 2 in Bild 1) nahezu linear verluft, d. h
18、. im Bereich von t1bis t2. Die Lampe (5.4) muss eine Bestrahlungsstrke E = (10 0,5) W/m2sicherstellen. Die MB-Prflsung muss whrend der Prfung mindestens alle 20 min durch Umrhren homogenisiert werden. Das Umrhren ist mittels Glasstab, Magnetrhrer oder durch kurzzeitiges Durchperlenlassen von Luft vo
19、rzunehmen. Die Prftemperatur der Prflsung muss bei (23 2)C liegen und ist zu protokollieren. Die Messung muss bei einer Wellenlnge = (664 5) nm durchgefhrt werden. Die Bestimmung der Absorbanz ist whrend der Bestrahlung direkt durch Messungen der Prflsung (2.3) (siehe Kurve 2 in Bild 1) oder durch e
20、xterne Messungen der Prflsung entnommener Messlsungen (2.4) und nachfolgender Rckfhrung der Messlsungen in die Prflsung vorzunehmen. Die Messung der Absorbanz muss in kurzen Intervallen erfolgen, d. h. in Zeitabstnden 0,10 % ergibt, ist die Messung mit einer Bestrahlungsstrke E = (2,5 0,13) W/m2zu w
21、iederholen. Falls die nachfolgende Datenanalyse einen hheren Wert fr die Photoneneffizienz ergibt als jenen, der bei hherer Bestrahlungsstrke gewonnen wurde, ist fr den Prfbericht der Wert zu verwenden, DIN 52980:2008-10 8 der bei der Bestrahlungsstrke E = (2,5 0,13) W/m2ermittelt wurde. Die Beobach
22、tung der hohen mittleren Photoneneffizienz bei einer Bestrahlungsstrke E = (10 0,5) W/m2ist im Prfbericht anzufhren. 11 Auswertung der Ergebnisse 11.1 Allgemeines Zur Auswertung der Messung drfen nur Werte im linearen Bereich, die denen von t3bis t4im Bild 1 entsprechen, verwendet werden. Die Werte
23、sind auf drei Dezimalstellen zu runden. Ein Beispiel fr eine Auswertung ist im Anhang A gegeben. 11.2 Spezifische Abbaurate R Die spezifische Abbaurate R ist nach Gleichung (2) zu berechnen: AdtVAR=(2) 11.3 Photonenbestrahlungsstrke EPDie Photonenbestrahlungsstrke EPist aus der konstanten Bestrahlun
24、gsstrke E nach Gleichung (3) zu berechnen: 074306003maxAmaxP= ENchEE (3) 11.4 Mittlere Bestrahlungsstrke EavDie mittlere Bestrahlungsstrke Eavist nach Gleichung (4) zu berechnen: mavdttEE= (4) 11.5 Mittlere Photonenbestrahlungsstrke EP,avDie Photonenbestrahlungsstrke EP,avist aus der mittleren Bestr
25、ahlungsstrke Eavnach Gleichung (5) zu berechnen: 074306003avmaxAavmaxav,P= ENchEE (5) DIN 52980:2008-10 9 11.6 Spezifische photokatalytische Aktivitt PMBDie spezifische photokatalytische Aktivitt PMBist nach Gleichung (6) zu berechnen: irrdarkMBRRP = (6) 11.7 Photoneneffizienz MBDie Photoneneffizien
26、z MBist nach Gleichung (7) zu berechnen: 100PMBMB=EP (7) 12 Przision 12.1 Wiederholprzision Die absolute Differenz zwischen zwei voneinander unabhngigen einzelnen Prfergebnissen, die mit demselben Verfahren an dem gleichen Probenmaterial in demselben Laboratorium von demselben Analytiker mit derselb
27、en Apparatur innerhalb eines kurzen Zeitabstandes gewonnen werden, wird die Wiederholgrenze r nicht in mehr als 5 % der Flle berschreiten. Typische, in einem Ringversuch ermittelte Przisionsdaten sind im Anhang C dargestellt. 12.2 Vergleichprzision Die absolute Differenz zwischen zwei einzelnen Prfe
28、rgebnissen, die mit demselben Verfahren an dem gleichen Probenmaterial in verschiedenen Laboratorien von verschiedenen Analytikern mit unterschiedlichen Apparaturen gewonnen werden, wird die Vergleichgrenze R nicht in mehr als 5 % der Flle berschreiten. Typische, in einem Ringversuch ermittelte Przi
29、sionsdaten sind im Anhang C dargestellt. 13 Prfbericht Der Prfbericht muss die folgenden Angaben enthalten: a) Name des Laboratoriums; b) Hinweis auf diese Norm, d. h. bestimmt nach DIN 52980:2008; c) Angaben zur Probe (Mae der zu prfenden Probenflche, Beschaffenheit, Vorbehandlung); d) Temperatur i
30、m Laboratorium; e) Lampentyp; f) Hersteller und Photometertyp; g) Bestrahlungsstrke E und Art der Bestrahlung (Dauerbestrahlung oder periodisch); h) spezifische photokatalytische Aktivitt PMB, Angabe ber Konstanz; i) Photoneneffizienz MB, Angabe ber Konstanz; j) gegebenenfalls Abweichungen von diese
31、r Norm; k) Einzelheiten aller Verfahrensschritte, die nicht in dieser Norm festgelegt sind, sowie alle zur Wahl gestellten Verfahrensschritte und alle Ereignisse, die die Ergebnisse beeinflusst haben knnen. DIN 52980:2008-10 10 Anhang A (informativ) Beispiel fr eine Auswertung Dieses Auswertebeispie
32、l geht von einem Prfvolumen V = 0,03 l, einer Flche A = 10,75 cm2, einer Bestrahlungswellenlnge = 365 nm und einer Messlnge d = 10 mm aus. Die Messzeit, bei der die Auswertung beginnt, ist tm= 0 min zu setzen (entspricht t3im Bild 1). Der Auswertebereich endet am Ende des linearen Bereiches bei tm=
33、80 min (t4im Bild 1). Die spezifischen Abbauraten Rirrund Rdark, die spezi-fische photokatalytische Aktivitt PMBund die Photoneneffizienz MBwerden nach den Gleichungen (2) bis (7) berechnet. Die Werte werden durch Differenzbildung aufeinanderfolgender Werte fr tmund Aermittelt. Bei einer Zeit tm 80
34、min sinken die spezifische photokatalytische Aktivitt und die Photoneneffizienz stetig. Die Werte bei tm 80 min werden somit nicht bercksichtigt. Als Ergebnis ist der arithmetische Mittelwert der Werte fr PMBund MBin der Zeit tmvon 20 min bis 80 min bestimmt. Die spezifische Abbaurate betrgt in dies
35、em Beispiel PMB= 2,54 105mol/(m2 h) und die Photoneneffizienz MB= 0,024 %. Die fr dieses Beispiel gewonnenen Ergebnisse sind in Tabelle A.1 dargestellt. Tabelle A.1 Auswertung der Messergebnisse eines Beispiels tmmintmhA,irr1A,dark1E, EavW/m2EP, EP,avmol/(m2 h)Rirrmol/(m2 h)Rdarkmol/(m2 h)PMBmol/(m2
36、 h)MB%0 0,00 0,57 0,549 10 0,110 20 0,33 0,545 0,546 10 0,110 2,83E-05 3,39E-06 2,49E-05 0,023 40 0,67 0,512 0,54 10 0,110 3,73E-05 6,79E-06 3,05E-05 0,028 60 1,00 0,49 0,538 10 0,110 2,49E-05 2,26E-06 2,26E-05 0,021 80 1,33 0,461 0,53 10 0,110 3,28E-05 9,05E-06 2,37E-05 0,022 100 1,67 0,45 0,52 10
37、0,110 1,24E-05 1,13E-05 1,13E-06 0,001 120 2,00 0,426 0,517 10 0,110 2,71E-05 3,39E-06 2,37E-05 0,022 140 2,33 0,406 0,511 10 0,110 2,26E-05 6,79E-06 1,58E-05 0,014 160 2,67 0,385 0,507 10 0,110 2,37E-05 4,52E-06 1,92E-05 0,018 180 3,00 0,365 0,5 10 0,110 2,26E-05 7,92E-06 1,47E-05 0,013 DIN 52980:2
38、008-10 11 Anhang B (informativ) Beispiele fr Messapparaturen B.1 Aufbau der Messapparatur mit Prfzylinder Bild B.1 zeigt den schematischen Aufbau einer Messapparatur mit Prfzylinder. Legende 1 Probekrper 2 Prfflche 3 Prfzylinder 4 Glasscheibe (5.3) 5 Lampe (5.4) Bild B.1 Schematischer Aufbau einer M
39、essapparatur mit Prfzylinder DIN 52980:2008-10 12 B.2 Aufbau der Messapparatur mit Prfzellen Bild B.2 zeigt den schematischen Aufbau einer Messapparatur mit Prfzellen. a) Vorderansicht b) Draufsicht Legende 1 Photometer (5.5) 6 Glasscheibe (5.3) 2 Magnetrhrer 7 Abdeckung gegen UV-Strahlung 3 Probekr
40、per 8 Lampe (5.4) 4 Prfflssigkeit 9 Photometer (5.6) 5 Prfzellen Bild B.2 Schematischer Aufbau einer Online-Messapparatur mit Prfzellen B.3 Strahlungsquelle und Sensor Eine geeignete Strahlungsquelle fr die Bestrahlung des Probekrpers im UV-A-Bereich sollte eine Emission im Wellenlngenbereich von 32
41、0 nm bis 400 nm ermglichen. Ein geeigneter Sensor fr die Messung der Bestrahlungsstrke im UV-A-Bereich stellt ein Messgert dar, das auf die Lichtart des Emissionsspektrums der Bestrahlungseinrichtung kalibriert ist. DIN 52980:2008-10 13 Anhang C (informativ) Ergebnisse des Ringversuchs Der Ringversu
42、ch wurde von vier Laboratorien im Jahr 2006 durchgefhrt. Die statistische Auswertung erfolgte nach DIN ISO 5725-2 2. Die Ergebnisse des Ringversuchs sind in Tabelle C.1 zusammengefasst. Tabelle C.1 Ergebnisse des Ringversuchs Anzahl der Einzelwerte Mittelwert MBP mol/(m2 h) Standard- abweichung s mo
43、l/(m2 h) Labor 1 7 26,9 1,32 Labor 2 6 15,7 2,6 Labor 3 4 14,9 1,48 Labor 4 4 20,8 1,54 gewichteter MittelwertMBP der Laboratorien in mol/(m2 h) 20,25 Wiederholstandardabweichung srin mol/(m2 h) 1,85 Wiederholgrenze r, r = 2,8 sr, in mol/(m2 h) 5,18 Variationskoeffizient der Wiederholprzision in % 9
44、,2 Vergleichstandardabweichung sRin mol/(m2 h) 6,19 Vergleichgrenze R, R = 2,8 sR, in mol/(m2 h) 17,3 Variationskoeffizient der Vergleichprzision in % 30,6 DIN 52980:2008-10 14 Literaturhinweise 1 Scott Prahl, Oregon Medical Laser Center, http:/omlc.ogi.edu/spectra/mb/ 2 ISO 5725-2, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method
