Messlösungen für Luftmessnetze
Die DURAG GROUP vereint Partikel- und Gasmessung unter einem Dach und bietet Betreibern von Luftmessnetzen die Symbiose beider Messwelten. Nur mit zeitlich hochaufgelösten Messwerten können Messnetze zeitnah auf Geschehnisse reagieren, Sofortmaßnahmen zur Luftreinhaltung treffen und Langzeitpläne entwickeln. Unsere Feinstaubmessgeräte und Gasanalysatoren liefern hochpräzise Daten in Echtzeit und unterstützen so Luftmessnetze dabei, die Quellen und Verursacher von Luftschadstoffen zu identifizieren und Maßnahmen dagegen einzuleiten. Hier geben wir Ihnen einen Überblick zu unseren Systemen zur Messung und behördlichen Überwachung der Luftqualität.
Unser Beitrag zur Einhaltung von Grenzwerten für Luftschadstoffe
Luftmessnetze dienen der kontinuierlichen Überwachung der geltenden Grenzwerte für Luftschadstoffe. Die festgelegten Grenzwerte zielen darauf ab, schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu verringern und durch Gegenmaßnahmen zu vermeiden. Die Messung aktueller Feinstaub- und Ultrafeinstaubkonzentrationen sowie gasförmiger Schadstoffe leistet somit einen wichtigen Beitrag zum Gesundheits- und Klimaschutz.
Messlösungen der DURAG GROUP tragen aktiv zur Umsetzung der verpflichtenden Grenzwerte bei. Unsere Spezialisten decken ein breites Spektrum an Messlösungen für Luftschadstoffe ab:
- GRIMM AEROSOL TECHNIK zählt weltweit zu den namhaftesten Unternehmen für Luftgütemessungen und bietet hochmoderne Systeme zur Messung der Partikelgrößenverteilung, aller PM-Werte, Arbeitsschutzgrenzwerte und ultrafeiner Partikel (UFP).
- AP2E ist spezialisiert auf die Analyse und kontinuierliche Überwachung von Gasen mittels hochempfindlicher Lasermessverfahren.
Unser Messbereich: Vom Gas bis zu großen Aerosolen
ProCeas Air
PSMPS
SMPS+C
CPC
MiniWRAS
EDM 280
AirQualifier EDM 264
Unterschiedliche Luftschadstoffe bedürfen unterschiedlicher Messmethoden. Die DURAG GROUP bietet hochpräzise und -sensitive Messtechnik abgestimmt auf den zu messenden Schadstoff. Verschiedene Gaskomponenten in der Außenluft werden vom optisch arbeitenden Gasmessgerät ProCeas erfasst, das auf der OFCEAS-Technologie basiert (Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy). Ab dem kleinsten Partikelbereich der Nanocluster (um 1 Nanometer) bietet sich hingegen die Messtechnik von GRIMM AEROSOL TECHNIK an.
Die Messtechnik für UFP-Messungen ist CEN-konform und als eigenständiges Messgerät im eigenen Wetterschutzgehäuse erhältlich oder als 19-Zoll-Asuführung für den Einsatz in Luftqualitätsmessstationen. Neben der reinen Zählung der Nanopartikel mit einem CPC (Condensation Particle Counter) ist auch eine größenauflösende Gerätelösung verfügbar, das sogenannte SMPS+C. Die Messung der Feinstaubbelastung in der Umwelt, besonders die geltenden Grenzwerte für PM10 und PM2.5, übernimmt das optisch messende Umweltstaubmessgerät EDM 280. Gemäß EN 16450 zugelassen ist es zertifiziert der genaueste Feinstaubmonitor seiner Klasse weltweit. Mit einer Zeitauflösung ab 1 Minute erfüllt es die strengen Zulassungskriterien für den Einsatz in behördlichen Messaufgaben.
Neben den typischerweise eingesetzten Messgeräten für behördliche Messungen bietet die DURAG GROUP weitere Lösungen an, wie zum Beispiel das handgetragene Feinstaubmessgerät DustDecoder 11-D, verschiedene Weitbereichs-Aerosolspektrometer, wie das batteriebetriebene und handgetragene MiniWRAS, das Supersite-Forschungsmessgerät EDM 665 oder auch auch mobile Staubmessgeräte mit eigenem Wetterschutzgehäuse wie das EDM 264.
Messtechnik für ultrafeine Partikel
Messtechnik für Feinstaub
Gasanalysator ProCeas Air
Umweltämter haben die Aufgabe, für eine saubere Luft zu sorgen. Dabei ist es wichtig und auch gesetzlich vorgeschrieben, an bestimmten Messpunkten die aktuelle Luftschadstoffbelastung zu messen und somit der Bevölkerung überall gleichermaßen durch geeignete Maßnahmen zu gesunder Luft zu verhelfen. Die Grafik oberhalb stellt ein Luftmessnetz mit seinen typischen Messpunkten und Aufgaben dar. Dazu zählen verkehrsnahe Aerosolmessungen an vielbefahrenen Straßen, städtischer Hintergrund (zum Beispiel Wohnsiedlungen, die zwar nicht an Hauptverkehrsadern liegen, aber dennoch in der Stadt sind), oder auch ländlicher Raum mit Landwirtschaft sowie besondere Quellen wie Flughäfen.
Alle diese Messpunkte haben unterschiedliche Schadstoffcharakteristika und -belastungen. Während die verkehrsnahen Messpunkte durch Verbrennungsaerosole und Non-Exhaust Emissions geprägt sind (also alle Aerosole, die vom Verkehr stammen aber nicht aus dem Auspuff kommen wie Bremsenabrieb, Reifenabrieb, Straßenabrieb etc.), finden wir im ländlichen Raum eher natürliche Quellen aus Landwirtschaft und Natur vor (Pollen, Ackerland, semivolatile Komponenten etc.). Jeder dieser Messorte hat sein eigenes Profil und für alle Aufgaben hat die DURAG GROUP geeignete Messgeräte von GRIMM AEROSOL TECHNIK und AP2E.
Messtechnik für Feinstaub
Umweltämter betreiben seit vielen Jahrzehnten Netze aus Messstationen, um die Staubbelastung der Bevölkerung zu überwachen und basierend auf diesen Erkenntnissen Gegenmaßnahmen zur Feinstaubreduktion zu beschließen. Dabei kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz, darunter die gravimetrische und die optische Feinstaubmessung.
Gravimetrische Feinstaubmessung
Eine Methode der Staubmessung sind sogenannte gravimetrische Filtersammler mit einem größenselektiven Einlasskopf. Dabei wird ein Luftstrom durch einen Einlasskopf gesaugt, der nur eine bestimmte Partikelgröße passieren lässt, und anschließend durch einen Filter geleitet. Dieser Filter scheidet alle Partikel ab und wird typischerweise nach 24 Stunden ausgewogen. Durch die Kombination von Luftvolumen pro Zeiteinheit und Partikeleinlassgröße kann schließlich ermittelt werden, wieviel Masse in Mikrogramm pro Kubikmeter über einen ganzen Tag hinweg als Mittelwert als luftgetragene Partikelmasse vorhanden war. Der Prozess bis zum Erhalt des Tagesmittelwertes, zum Beispiel PM10, kann circa drei bis fünf Tage beanspruchen.
Der Vorteil dieser Messung ist die direkte Massewägung. Zudem gilt das gravimetrische Messprinzip als Referenzmethode für andere Messverfahren. Der Nachteil ist die zeitliche Verzögerung und der Verlust einer zeitlichen Auflösung größer als 24 Stunden. Ein Filtersammler kann somit keinen Aufschluss darüber geben, ob am Messort nur morgens und abends, beispielsweise durch den Berufsverkehr, kurzzeitig hohe Feinstaubbelastungen auftreten und davor, dazwischen und danach die Luft sehr sauber war, oder ob eine kontinuierliche Belastung vorliegt.
Diese zeitaufgelöste Information ist aber Schlüssel zur Erarbeitung geeigneter Gegenmaßnahmen zur Feinstaubreduktion. Denn nur wenn die Verursacher identifiziert werden, können gezielte Aktionen geplant werden.
Optische Feinstaubmessung
Hier setzt GRIMM AEROSOL TECHNIK an: Mit seinen zugelassenen Messgeräten für die Umweltstaubmessung durch behördliche Luftmessnetze kann die Messwertauflösung zwischen sechs Sekunden und 24 Stunden frei gewählt werden. Schon ab einem Messintervall von einer Minute gibt das Feinstaubmessgerät EDM 280 zugelassene Feinstaubmesswerte PM10 und PM2.5 nach EN16450 und QAL1 – EN15267 aus. Mit dieser zertifizierten Zeitauflösung ist das EDM 280 das beste Messgerät seiner Klasse.
Der Trend der letzten Jahre zeigt allerdings, dass die Feinstaubbelastung in weiten Teilen Europas im einstelligen Mikrogrammbereich liegt. Dabei handelt es sich um eine positive Entwicklung für die Gesundheit der Menschen, denn jeder hat das Recht auf saubere Luft zum Atmen. Gleichzeitig stellt es erhöhte Ansprüche an die Sensibilität der Messgeräte.
Neben der hohen zeitlichen Auflösung, die eine exakte Identifizierung der Feinstaubquellen ermöglicht, bietet das Messgerät EDM 280 aufgrund seiner optischen Messmethode mittels Laser im Gegensatz zu anderen Messmethoden maximale Sensibilität auch bei geringen Konzentrationen. Filtersammler benötigen für bestmögliche Performance Massewerte im zweistelligen Mikrogrammbereich. Allerdings stellt das die Sammler vor die Herausforderung, bei der Filterwägung weiterhin korrekte Ergebnisse zu liefern.
Unsere Messgeräte, darunter das EDM 280 und das EDM 264, sind die einzigen optischen Messgeräte auf dem Markt, die jedes Partikel detektieren, zählen, klassieren und als Masse ausgeben. Das EDM 280 beispielsweise misst jedes einzelne Partikel, teilt es in eine Größenklasse ein und bestimmt mit Hilfe verschiedener Dichten die Masse in Mikrogramm pro Kubikmeter.
Behörden, Landesämter und Umweltämter nutzen das geprüfte und zugelassene Feinstaubmessgerät EDM 280 wegen seiner Zuverlässigkeit, Präzision, Echtzeitdatenerhalt und dem kostengünstigen Messbetrieb: im Standardbetrieb benötigt das EDM 280 nur 25 Watt. Das ist heutzutage ein wichtiger Faktor für den Umwelt- und Klimaschutz. Zudem ist das Umweltstaubmessgerät EDM 280 frei von Verbrauchsmaterial und benötigt nur minimale Wartungsarbeiten. GRIMM AEROSOL TECHNIK bietet daher mit seinen Aerosolmessgeräten die beste Lösung für den kontinuierlichen Betrieb im Luftmessnetz.
Übersicht Feinstaubmessgeräte
EDM 465Ultrafeinstaub-Partikelzähler
CPC in eigenem mobilen Wetterschutzgehäuse. Ausgelegt für die 24/7 Nanopartikelzählung. Verschiedene Kalibrierungen möglich, z. B. zur Echtzeitüberwachung von UFP in der Außenluft gemäß CEN-Norm-Entwurf prEN 16976:2023.
EDM 280Feinstaubmessgerät für die PM Überwachung in der Umgebungsluft
Optisches Aerosolspektrometer der neuesten Generation mit einzigartiger Nachweisgrenze und hervorragender Zähleffizienz. Geeignet für die Echtzeit-PM-Überwachung unter allen Umweltbedingungen und an allen Standorten.
DustDecoder 11-DTragbares Aerosolspektrometer
Präzises und kompaktes Aerosolspektrometer zur Bestimmung von Staubmassenfraktionen und Partikelanzahlgrößenverteilungen. Optimale Lösung für zuverlässige und flexible Echtzeitmessungen im Rahmen von Aerosolforschung und Raumluftqualitätsüberwachung.
EDM 365-SVCSVC- und PM-Forschungsstation
Umwelttechnisches Stand-Alone-Staubmessgerät zur Echtzeitdetektion von Schwebstaubpartikeln, dank Dual-Sampling-System einschließlich semivolatiler Verbindungen. Ermöglicht die gleichzeitige Messung der Staubmassenfraktionen PM10, PM2.5 und PM1 sowie der Partikelanzahlgrößenverteilung über 31 Größenkanäle.
AirQualifier EDM 264Mobiles Feinstaubmessgerät
Mobiles Aerosolspektrometer zur Bestimmung von Staubmassenfraktionen und Partikelanzahlgrößenverteilungen. Ausgelegt sowohl auf die kurz- als auch langfristige kontinuierliche Überwachung der Staubbelastung. Ermöglicht Echtzeitanalysen von Daten zu Partikelanzahl, Staubmasse und meteorologischen Bedingungen.
AirQualifier EDM 264-SVCMobiles PM- und SVC-Messgerät
Mobiles Aerosolspektrometer zur Bestimmung von Staubmassenfraktionen und Partikelanzahlgrößenverteilungen ohne semivolatile Verbindungen. Ausgelegt sowohl auf die kurz- als auch langfristige kontinuierliche Überwachung der Staubbelastung. Ermöglicht Echtzeitanalysen von Daten zu Partikelanzahl, Staubmasse und meteorologischen Bedingungen.
Messtechnik für ultrafeine Partikel
Für UFP gelten für uns dieselben Maßstäbe: Präzision, hohe zeitliche Auflösung und Qualität. Die Messung der ultrafeinen Partikel ist eine messtechnische Herausforderung, die nur wenige Hersteller in genügend hoher Datenqualität bewerkstelligen können.
Gesundheitsgefährdung durch Nanopartikel
UFP – auch Nanopartikel genannt – definieren sich durch ihren Größenbereich, der 100 Nanometer (nm) und kleiner ist. Hier ist die Masse weniger wichtig, auch wenn höchste UFP-Konzentrationen zur Masse beitragen können, sondern vielmehr der gefährliche Einfluss auf die Gesundheit der Bevölkerung. Je größer ein Partikel ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass es in den oberen Atemwegen durch Schleimhäute, Flimmerhärchen und weitere Schutzmechanismen im Körper abgeschieden wird. Die kleinsten Nanopartikel gelangen allerdings bis in die Bronchiolen der Lunge. Dort können UFP bis in die Blutbahn gelangen. Wir sprechen hier beispielsweise von frischem Rußaerosol aus Abgasen.
Kleinste Partikel bergen das größere Gesundheitsrisiko
Während die offiziellen Grenzwerte in der Luftqualitätsmessung seit jeher massebezogen sind, also beispielsweise 50 µg/m³ für die Massefraktion PM10 und 25 µg/m³ für die Massefraktion PM2.5 in der EU, ist die Auswirkung auf die Gesundheit, erkennbar an obigem Schaubild, nicht durch die Masse bestimmt. Vielmehr ist die gesundheitliche Brisanz dadurch definiert, ob Aerosole tief genug in den Körper eindringen können, sodass sie in die Lunge gelangen, dort in die Alveolen und schließlich sogar in die Blutbahn.
Kleinste Partikel, der Bereich der UFP, sind nahezu masselos und tragen auch in größter Anzahl fast zu keiner Masse bei. Jedoch ist dies die Aerosolfraktion, die in höchster Anzahl vorhanden ist. Das bedeutet, die gefährlichsten Partikel können durch die Erfüllung der aktuellen Grenzwertmessungen nicht erfasst werden, sind aber von viel größerer Relevanz für die Aufgabe aller Messnetze: den Schutz der menschlichen Gesundheit.
Das Schaubild unterhalb stellt das typische Verhältnis der Partikelrealität dar: Während nur sehr wenige große Partikel die größte Masse ausmachen, sind die meisten Aerosole im ultrafeinen Bereich vorhanden. Große Partikel werden zum Großteil im Nasen-Rachen-Raum und Thorax abgeschieden, gelangen somit nicht in die Lunge, und werden auch wieder durch Husten oder Niesen ausgeschieden. UFP können aber sehr effektiv vom Körper absorbiert werden und bergen das größere Gesundheitsrisiko. Daher ist die Messung der Nanopartikel von größter Bedeutung.
Fortschritte in der Nanopartikelmessung
Da die Nanopartikel kaum zur Masse beitragen und schwierig zu messen sind, war die Messung von Nanopartikeln in den vergangen Jahrzehnten nur wenig verbreitet. Die festgelegten Grenzwerte waren bisher massebezogen, das heißt es gab eine maximal erlaubte Obergrenze gemessen in Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³) für PM10 und PM2.5. Die fortschreitende Entwicklung der Messtechnik erlaubte tiefergehende Forschung, die wiederum die Notwendigkeit des Einbezugs der stark gesundheitsgefährdenden Nanopartikel in der Umwelt belegt. Dies führte auch dazu, dass die Weltgesundheitsorganisation 2021 zum ersten Mal offiziell die Messung der Nanopartikelkonzentration in der Außenluft zum Zweck des Gesundheitsschutzes empfahl.
Mittlerweile hat sich ein europäischer Standard etabliert, wonach die Messtechnik unabhängig vom Einsatzort eine definierte Leistung erbringen muss und somit nachvollziehbare und überprüfbare Ergebnisse liefert. Die Nanomesstechnik von GRIMM AEROSOL TECHNIK umfasst Kondensationspartikelzähler (Condensation Particle Counter / CPC) und größenauflösende Nanopartikelmessgeräte, sogenannte Mobilitätspartikelgrößenspektrometer (Scanning Mobility Particle Spectrometer and Counter / SMPS+C). GRIMM AEROSOL TECHNIK ist zudem der einzige Hersteller, der CEN-konforme (Europäische Komitee für Normung) UFP-Messgeräte sowohl für den Laboraufbau am Tisch, als auch für Umweltmessnetzinstallationen im 19-Zoll-Rack bietet.
Unsere Kondensationspartikelzähler CPC erfüllen die prEN 16976:2023; die Mobilitätspartikelgrößenspektrometer SMPS+C erfüllen die CEN/TS 17434:2020.
GRIMM Nanopartikelmessgeräte erfüllen wichtige Normen
UFP-Messungen werden zunehmend wichtiger, weswegen auch eine internationale Harmonisierung der kommerziell verfügbaren Messgeräte notwendig ist, um die Präzision der gesundheitsgefährdenden Nanopartikelmessung zu gewährleisten.
- CEN/TS 17434:2020
Außenluft - Bestimmung der Partikelanzahlgrößenverteilung des atmosphärischen Aerosols mit einem Mobilitäts-Partikelgrößenspektrometer (MPSS). - prEN 16976:2023
Außenluft - Bestimmung der Partikelanzahlkonzentration des atmosphärischen Aerosols - ACTRIS
ACTRIS ist die europaweite Forschungsinfrastruktur, die hochwertige Daten und Informationen über kurzlebige atmosphärische Bestandteile und die Prozesse liefert, die zur Variabilität dieser Bestandteile in natürlichen und kontrollierten Atmosphären führen. Die Messgeräte CPC, SMPS+C und PSMPS von GRIMM AEROSOL TEHCNIK erfüllen den hohen Kalibrierstandard der Vorgaben und sind somit offiziell für den Einsatz in ACTRIS-Messstationen geeignet.
Übersicht Messgeräte für ultrafeine Partikel
SMPS+C 5420 | 5420-TR-CEN19” Mobilitäts-Partikelgrößenspektrometer
SMPS+C-System in 19"-Rack-Bauweise, erhältlich als Modell 5420-TR-CEN mit einem Größenbereich von 10 nm bis 1.094 nm für volle Konformität mit CEN/TS 17434:2020 oder als Modell 5420-Version mit M-DMA für einen Größenbereich von 5 nm bis 350 nm. Das Gerät ist für die unbeaufsichtigte 24/7-Echtzeitüberwachung von UFP in der Umgebungsluft konzipiert.
CPC 5421 | 5421-TR-CEN19” Kondensationspartikelzähler
CPC im 19"-Rack-Design erhältlich als Modell 5421-TR-CEN mit einem D<sub>50</sub> von 10 nm für die vollständige Einhaltung der EN 16976 für die 24/7-Echtzeitüberwachung von UFP in der Umgebungsluft oder als standardkalibriertes Modell 5421 mit einem D<sub>50</sub> von 4 nm.
EDM 465Ultrafeinstaub-Partikelzähler
CPC in eigenem mobilen Wetterschutzgehäuse. Ausgelegt für die 24/7 Nanopartikelzählung. Verschiedene Kalibrierungen möglich, z. B. zur Echtzeitüberwachung von UFP in der Außenluft gemäß CEN-Norm-Entwurf prEN 16976:2023.
EDM 665 WRASWeitbereichs-Aerosolspektrometer für den Außeneinsatz
Aerosolspektrometer für den Partikelgrößenbereich von 5 nm ... 32 μm. Wettergeschütztes Gerät, das speziell für die atmosphärische Überwachung entwickelt wurde. Kombination aus zwei Technologien: SMPS+C für Nanopartikel und EDM 180 für den Mikrometerbereich.
MiniWRAS 1371Tragbares Weitbereichs-Aerosolspektrometer
Das einzige tragbare Gerät auf dem Markt, das eine simultane und präzise Echtzeitüberwachung von sowohl Mikro- als auch Nanopartikeln ermöglicht. Ausgelegt auf die Überwachung der Raumluftqualität.
SMPS+CMobilitäts-Partikelgrößenspektrometer
Mobilitäts-Partikelgrößenspektrometer mit Kondensationspartikelzähler. Vielseitige Komplettlösung für die präzise Zählung und Klassierung von Partikeln. Kombinierbar mit einem GRIMM Staubmessgerät zur Schaffung eines Weitbereichs-Aerosolspektrometers. Auch als 19 Zoll Variante verfügbar.
SMPS+EMobilitäts-Partikelgrößenspektrometer
Mobilitäts-Partikelgrößenspektrometer mit Faraday-Cup-Elektrometer. Komplettlösung für die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung. Auch einsetzbar als Referenzinstrument für die Kalibrierung von Nanopartikelzählern, da optimiert für die Reduzierung von mechanischen Schocks und Druckunterschieden.
PSMPSMobilitäts-Nanopartikelgrößenspektrometer
Mobilitäts-Partikelgrößenspektrometer mit zweistufigem Kondensationspartikelzählsystem, das bis in den Größenbereich von unter 2 nm geht. Kombination aus einem GRIMM SMPS+C-System und dem Airmodus Particle Size Magnifier (PSM).
Messung von Gasen in Luftmessnetzen
Messnetze sind gesetzlich auch verpflichtet gasförmige Luftschadstoffe zu messen. Dazu gehören vor allem Stickoxide, Schwefeldioxid und Ozon.
Aber auch der Luftschadstoff Ammoniak gewinnt zunehmend an Bedeutung, da dieser in großen Mengen von der Landwirtschaft emittiert wird und in der Atmosphäre daraus Aerosole wie Ammoniumnitrat und Ammoniumsulfat gebildet werden.
AP2E besitzt mir dem ProCeas Air ein Messgerät, das für die Messung dieser gasförmigen Luftschadstoffe in Messnetzen hervorragend geeignet ist. Es basiert auf der patentierten OFCEAS-Technologie und ist als extraktives Messsystem ausgelegt.
Fallbeispiele zur Messung der Luftqualität
Berliner Luftgüte Messnetz
Feinstaubmessung im „grünen Hafen“ Koper
Atmosphärenforschungsprojekt: Auswirkungen des Klimawandels
Aerosol- und Gasmessung über den Wolken
Aerosolmessung auf dem Forschungsschiff METEOR