Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Messung der partikelbedingten Lichtabsorption insbesondere im sichtbaren Spektralbereich stellt nach wie vor ein nicht zufriedenstellend gel\u00f6stes Problem in der Aerosolmesstechnik dar. Daher soll im Vorhaben ein Absorptionsphotometer entwickelt werden, das durch eine kombinierte Transmissions- und Reflektivit\u00e4tsanalyse partikelbeladener Filter die zeitlich hoch aufgel\u00f6ste Messung des partikelbedingten Absorptionkoeffizienten in der Atmosph\u00e4re erm\u00f6glicht. Neben der technischen Realisierung des Messger\u00e4ts soll untersucht werden, ob unter Anwendung der Theorie der Diffusen Reflexion auf die transmittierte und reflektierte Strahlung neben der Bestimmung des Absorptionskoeffizienten R\u00fcckschl\u00fcsse auf den Brechungsindex des abgeschiedenen Aerosols gezogen werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt gliedert sich in vier Arbeitspakete:
\n1) \tEntwicklung eines Laboraufbaus zu grundlegenden Untersuchungen hinsichtlich der vorgesehenen Messgeometrie; die Untersuchung des Verfahrens erfolgt an definierten Testaerosolen wie etwa NaCl, Ru\u00df und gemischten Aerosolen, die im Labor hergestellt werden k\u00f6nnen.
\n2) \tModifizierung der Theorie der Diffusen Reflexion f\u00fcr den vorgesehenen Anwendungsfall.
\n3) \tUmsetzung des optimierten Laboraufbaus in einen Ger\u00e4teprototyp; wesentliche Arbeiten sind hier die Entwicklung eines Sensorkopfes, der die gesamte Strahlf\u00fchrung und Detektionseinheit enth\u00e4lt sowie die Entwicklung eines robusten Gesamtaufbaus.
\n4) \tValidierung des Ger\u00e4teprototyps an Testaerosolen und bei realen Messungen; die abschlie\u00dfende Phase umfasst die Erprobung des Prototyps im Labor, die \u00dcberpr\u00fcfung der Anwendbarkeit des Aus-wertealgorithmus sowie die Validierung des Messger\u00e4ts durch Vergleiche mit entsprechenden Referenzmethoden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
1\/ Anhand der am polaren Photometer vermessenen Filterproben von k\u00fcnstlich generierten Aerosolen aus Kohlenstoffpartikeln und Kochsalz konnten die Winkelverteilungen der an der Filterprobe vorw\u00e4rts und r\u00fcckw\u00e4rts gestreuten Strahlung in Abh\u00e4ngigkeit von der Aerosolzusammensetzung ermittelt werden. Diese Analyse f\u00fchrte zur Entwicklung eines optimierten Sensorkopfes, der einfach und robust aufgebaut ist und dennoch erlaubt, beide Strahlungsfl\u00fcsse simultan an einer Filterprobe zu messen. Der Sensorkopf konnte in den Grundaufbau eines in der Praxis bew\u00e4hrten Instruments zur kontinuierlichen Staubmessung eingef\u00fcgt werden, welches auf der Abscheidung des Aerosols auf einem Filterband basiert. Damit steht ein Ger\u00e4teprototyp zur Verf\u00fcgung, der den neuentwickelten Messaufbau mit einer robusten Mechanik zum Filterbandtransport verbindet und damit eine hohe mechanische Zuverl\u00e4ssigkeit im Dauerbetrieb besitzt.
\n2\/ F\u00fcr die optische Analyse der belegten Filterb\u00e4nder wurde eine Methode adaptiert, die urspr\u00fcnglich f\u00fcr die Analyse von Membranfiltern entwickelt worden war. Diese Methode ist eine Zweistromn\u00e4herung f\u00fcr den Strahlungstransport durch ein stark streuendes Medium, analog zur im Antrag urspr\u00fcnglich vorgesehenen Methode der Diffusen Reflexion. Die adaptierte Methode wurde in einen Algorithmus umformuliert, der in den Ger\u00e4teprototypen implementiert ist.
\n3\/ Der implementierte Algorithmus wurde an den k\u00fcnstlich generierten Aerosolen getestet und validiert, die Validierung des Gesamtger\u00e4ts erfolgte w\u00e4hrend FELDEX 2000 f\u00fcr sauberen atmosph\u00e4rischen Hintergrund und in Zusammenarbeit mit dem DWD an einer stra\u00dfennahen Messstelle in Bad Krozingen. Erste Analysen der Messresultate zeigen klar, dass die Querempfindlichkeit des Messverfahrens zur Ru\u00dfmessung auf lichtstreuende Aerosolanteile gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen Methoden deutlich reduziert ist. Diskussion
\nDas wesentliche Ziel des Vorhabens, ein Verfahren zur optischen Ru\u00dfmessung zu entwickeln, das keine wesentliche Querempfindlichkeit auf lichtstreuende Komponenten mehr aufweist, kann als vollst\u00e4ndig erreicht betrachtet werden. Au\u00dferdem konnte ein voll funktionst\u00fcchtiger Ger\u00e4teprototyp vorgestellt werden, der sich mit sehr einfachen Ver\u00e4nderungen in ein kommerzialisierbares Ger\u00e4t weiterentwickeln l\u00e4sst. Die Resonanz auf die Entwicklung des Messger\u00e4ts war nicht nur in den betroffenen Fachkreisen der Kommission zur Reinhaltung der Luft im VDI, sondern auch bei wissenschaftlichen Konferenzen sehr positiv.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
1\/ Vorstellung des Projekts beim Treffen der VDI-Arbeitsgruppe Messen von Ru\u00df am 07\/08 Juni 2001 in M\u00fcnchen.
\n2\/ A. Petzold and H. Kramer, An improved aerosol absorption photometer for the determination of black carbon in ambient aerosol, J. Aerosol Sci 32, S37-S38, 2001; Vortrag auf der European Aerosol Conference, Leipzig, September 2001.
\n3\/ A. Petzold , H. Kramer, and Markus Sch\u00f6nlinner, Continuous measurement of atmospheric black carbon using a multi-angle absorption photometer , Environ. Science Poll. Res. accepted, 2002.
\n4\/ A. Petzold, A multi-angle absorption photometer: a new method for the measurement of atmospheric black carbon, J. Aerosol Sci., in review, 2002.
\n5\/ Ausarbeitung einer VDI-Richtlinie zum entwickelten Verfahren.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen des F\u00f6rderprojektes konnte ein Verfahren entwickelt und zur Serienreife gebracht werden, dass das Potential hat, im Rahmen von Luftmessnetzen als kontinuierlich messender Ru\u00dfmonitor eingesetzt zuwerden. Die Vorhabensergebnisse zur Entwicklung und zur Validierung des Verfahrens bieten daf\u00fcr eine ausgezeichnete Basis. Ohne die finanzielle Unterst\u00fctzung und die Vermittlung zwischen Forschungseinrichtung und Unternehmen durch die DBU w\u00e4re dieses Projekt voraussichtlich nie zustande gekommen. Es darf erwartet werden, dass der Einsatz des Ger\u00e4ts in Umweltmessnetzen zu einer deutlichen Verbesserung der Ru\u00dfmessung f\u00fchren wird. Dieses Problem wird sp\u00e4testens beim Inkrafttreten der EU-Richtlinien zur Reduktion der Gesamtstaubbelastung aktuell werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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