Projekt 12634/01

Entwicklung und Erprobung eines Meßgerätes zur quantitativen Bestimmung von salpetriger Säure in Luft

Projektträger

Bergische Universität - Gesamthochschule WuppertalFachbereich 9 - Physikalische Chemie
Gaußstr. 20
42097 Wuppertal
Telefon: 0202/439-2515

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der atmosphärischen Umwandlung von Stickoxiden (NOx), insbesondere von NO2, spielt neben der Salpetersäure (HNO3) als Endprodukt die Bildung von salpetriger Säure (HONO) eine wichtige Rolle, da die Photolyse dieser Verbindung eine wichtige OH-Quelle besonders bei Sonnenaufgang darstellt. Der Bildungsmechanismus der salpetrigen Säure ist bis heute jedoch noch nicht verstanden, wobei sich auf Grund vieler Labor- und Feldmessungen lediglich der Hinweis ergibt, dass die Bildung während der Nacht heterogen über NOx abläuft. Die Messung von salpetriger Säure erfolgt in Feldmessungen bisher überwiegend mit sogenannten Denudern oder DOAS-Spektrometern. DOAS-Spektrometer erlauben zwar eine Horizontalsondierung von HONO, diese Geräte sind jedoch zur Erzielung einer hohen Empfindlichkeit auf eine große optische Weglänge angewiesen. Darüber hinaus sind DOAS-Spektrometer technisch sehr aufwändig und nur durch gut ausgebildetes Fachpersonal zu bedienen. Ebenso reicht die heute erzielbare Nachweisgrenze von ca. 50 pptV HONO nicht aus, um HONO in Reinluftgebieten nachzuweisen.
Der Nachweis von HONO mit Hilfe von Denudern wird durch das Auftreten von Nebenreaktionen erschwert, ermöglicht keine on line-Messung sowie eine relativ schlechte Zeitauflösung.
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde daher ein kompaktes, leichtes Messgerät zur quantitativen Bestimmung von salpetriger Säure in Luft entwickelt und erprobt. Dieses Messgerät erlaubt eine Messung von HONO mit hoher Zeitauflösung und Empfindlichkeit und kann auch für Vertikalsondierungen eingesetzt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde ein kompaktes, leichtes und mobiles Messgerät zur quantitativen Bestimmung von salpetriger Säure in Luft entwickelt und erprobt. Dieses Messgerät erlaubt eine Messung von HONO mit hoher Zeitauflösung und Empfindlichkeit und kann auch für Vertikalsondierungen eingesetzt werden.
Das Messprinzip des HONO-Messgerätes basiert auf der quantitativen Umsetzung von HONO mit einer Mischung aus 1N Salzsäure und einer 0,06 M Sulfanilamid-Lösung. Bei der Umsetzung bildet sich schnell ein Diazoniumsalz das dann in einer weiteren Reaktion (Azokupplung) in einen Azofarbstoff umgewandelt wird, dessen Konzentration in einem Photometer mit einem sogenannten Liquid Core Waveguide als Langwegabsorptionsstrecke bestimmt werden kann.
Da das Messgerät nach dem Zweikanalprinzip arbeitet, konnten die Querempfindlichkeiten gegen andere atmosphärische Spurengase wie z. B. Stickstoffdioxid, Ozon, PAN, Salpetersäure etc. minimiert werden.
Das Arbeitsprogramm des Projektes, für das insgesamt ein Zeitraum von 4 Jahren vorgesehen war, gliederte sich in verschiedene Arbeitspakete, die teilweise parallel bearbeitet wurden.


Ergebnisse und Diskussion

Arbeitspaket 1:
Synthese und Charakterisierung verschiedener Azofarbstoffe mit Hilfe der sogenannten Azokupplung. Es wurde ein geeigneter Farbstoff auf der Basis seiner leichten Detektierbarkeit mit einem Photometer ausgewählt und eine erste Abschätzung der Nachweisgrenze des Messverfahrens durchgeführt.
Arbeitspaket 2:
Aufbau eines ersten Messgerätes.
Arbeitspaket 3:
Ausführliche Testmessungen wurden mit dem entwickelten Messgerät durchgeführt. Insbesondere wurden mögliche Querempfindlichkeiten untersucht sowie die Nachweis- und Bestimmungsgrenze ermittelt. Mit Hilfe dieser Tests wurde eine Systemoptimierung durchgeführt und das Messgerät auf seinen Einsatz in Feldmesskampagnen vorbereitet.
Arbeitspaket 4:
In diesem Arbeitspaket wurde das Messgerät auf seine Einsatzfähigkeit im Rahmen von Feldexperimenten geprüft und eventuelle Bedienungsprobleme oder Störanfälligkeiten wurden durch geeignete Maßnahmen behoben. Nach Abschluss dieser Arbeiten wurde das Messgerät durch entsprechende Publikationen in Fachzeitschriften und auf Messen und Ausstellungen der Öffentlichkeit vorgestellt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Gerät wurde im Rahmen mehrerer Feldmesskampagnen und kürzlich auf der Analytika 2002 einer breiteren Öffentlichkeit vorgestellt. Daneben wurde das Messfahren auf verschiedenen nationalen und internationalen Tagungen einem interessierten Fachpublikum präsentiert. Ebenso wurde das Messgerät in verschiedenen Fachzeitschriften vorgestellt (z. B. Environ. Sci. Technol., 35, 3207 - 3212 (2001)).


Fazit

Die gesteckten Projektziele wurden alle erreicht.Mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Bundesstiftung Umwelt in Osnabrück wurde in der Physikalischen Chemie der Bergischen Universität Wuppertal ein Messgerät entwickelt, mit dem salpetrige Säure in der Atmosphäre in Mischungsverhältnissen bis 1 pptV (1:1.000.000.000.000) schnell, reproduzierbar und mit höchster Reproduzierbarkeit nachgewiesen werden kann.
Das neuartige Messverfahren konnte inzwischen zur Marktreife weiterentwickelt werden. Das Messgerät wird über die Firma QUMA Elektronik & Analytik GmbH, Wuppertal kommerziell vertrieben.

Übersicht

Fördersumme

304.218,67 €

Förderzeitraum

01.02.1998 - 31.01.2001

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik