Projekt 05726/01

Bestimmung von Spurenstoffen in Luft mit Hilfe von Gas-Fest-Reaktionssystemen in Dünnschichtröhrchen

Projektdurchführung

Bergische Universität - Gesamthochschule Wuppertal
Gaußstr. 20
42097 Wuppertal

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines einfachen Meßverfahrens auf der Grundlage der Dünnschichtröhrchentechnik zur Bestimmung von Luftinhaltsstoffen. Gegenüber der konventionellen Prüfröhrchentechnik werden höhere analytische Leistungen (z. B. größere Meßbereiche, höhere Reproduzierbarkeit, objektiveres Auswerteverfahren) angestrebt, ohne die Vorteile der einfachen praktischen Handhabung aufzugeben. Der Einsatzbereich der Dünnschichtröhrchen liegt hauptsächlich in der Bestimmung von Spurenstoffkonzentrationen in Innenräumen und am Arbeitsplatz. Durch Anpassung der Reaktionssysteme und der Reagenzmengen können die Anwendungen auf Emissions- und Immissionsmessungen sowie auf Kontrollmessungen bei Störfällen erweitert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden· Entwicklung neuer Gas-Feststoff-Reaktionssysteme für den Einsatz in Dünnschichtröhrchen. Voraussetzung für die Eignung sind Reaktionen die in nur einem Verfahrensschritt zu einer Farbänderung führen.
· Entwicklung eines Geräts zur Auswertung der Dünnschichtröhrchen auf Basis der Remissionsphotometrie. Hierdurch soll eine empfindliche, reproduzierbare und objektive Auswertung der Farbänderung in den Dünnschichtröhrchen erzielt werden.
· Entwicklung einer automatischen Beschichtungseinheit zur Herstellung der Dünnschichtröhrchen. Im Vordergrund steht die reproduzierbare Aufbringung dünner, reagenzbeladener, fester Schichten auf die Innenseite von Glasröhrchen (Länge 15 cm, Innendurchmesser 5 mm). Eine konstante und über die Länge gleichmäßige Schichtdickenverteilung ist Voraussetzung für die remissionsphotometrische Auswertung.
· Test der vorhandenen Reaktionssysteme unter realen Bedingungen.


Ergebnisse und Diskussion

· Es wurden Reaktionssysteme für Ozon, Chlor, Schwefeldioxid und Chlorphenole entwickelt. Hierzu wurden Reagenzien ausgewählt, die mit den Spurenstoffen selektiv gefärbte Produkte ergeben. Mit Hilfe von Prüfgasverfahren, die für die jeweiligen Stoffe entwickelt wurden, konnten die Verfahrenskenngrößen bestimmt werden.
· Nach den Plänen für ein Gerät zur remissionsphotometrischen Auswertung wurde ein Prototyp gebaut, der über einen PC gesteuert im Labor eingesetzt wird. Eine Umrüstung des Geräts auf Mikroprozessoren ist bereits in Arbeit.
· Zur automatisierten Herstellung von Dünnschichtröhrchen wurde ein Prototyp gebaut. Die mit diesem Gerät hergestellten Röhrchen zeichnen sich durch reproduzierbar gleichmäßige Schichten aus. Durch Verringerung der Schichtdicken konnte eine Empfindlichkeitssteigerung der Messungen erreicht werden.
· Die bisher zur Verfügung stehenden Reaktionssysteme konnten nicht unter realen Bedingungen getestet werden, da die hierfür erforderlichen Probenahmesysteme nicht auf dem Markt erhältlich sind.

Zur Erreichung der gesetzten Ziele war eine kostenneutrale Verlängerung des Projektes erforderlich. Dies ergab sich zum einen aus der zeitlichen Koordinierung der fachübergreifenden Zusammenarbeit mit Elektro- und Maschinentechnikern. Zum anderen erwies sich die Bereitstellung von Prüfgasen und deren kontinuierliche Konzentrationsbestimmung, die eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von Reaktionssystemen in Dünnschichtröhrchen ist, unter Verwendung der vorhandenen Möglichkeiten als sehr zeitaufwendig. Die beantragten Sachmittel wurden nicht vollständig ausgeschöpft und deshalb im Rahmen der Förderrichtlinien als Personalmittel verwendet.

Die im Rahmen des Projekts gesetzten Ziele wurden in den wesentlichen Punkten erreicht. Die Ergebnisse liefern die Grundlage für die Entwicklung von Schnelltests unter Verwendung von Dünnschichtröhrchen. Hierdurch wird es zukünftig möglich sein, Schadstoffkonzentrationen in Luft mit geringem in-strumentellen Aufwand und kostengünstig, jedoch mit einer höheren Genauigkeit als mit den marktüblichen Verfahren durchzuführen. Solche Verfahren sind besonders bei der Überwachung von Arbeitsplatzkonzentrationen und bei Störfallmessungen erforderlich. Aufgrund steigender gesundheitlicher Gefährdung werden in immer stärkerem Maße zuverlässige Meßverfahren für die Anwendung in privaten Haushalten notwendig. Die Ergebnisse solcher Messungen können als Grundlage für die Verbesserung der Luftqualität in Räumen angesehen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

1. E. Moosbach, Dünnschicht-Reaktionsröhrchen für die Gasspurenanalyse in Luft, Vortrag im Rahmen der InCom 97 vom 17. - 21.03.1997 in Düsseldorf
2. E. Moosbach, S. Gäb, Schadstoffmessungen in Luft mit Dünnschicht-Reaktionsröhrchen, Exponat auf der Hannover Messe 97 vom 14. - 19.04 1997
3. Es ist geplant die Ergebnisse der entwickelten Reaktionssysteme in einschlägigen Zeitschriften zu veröffentlichen.
4. 1998 sollen die Projektergebnisse auf der InCom 98 und einer Fachmesse z. B. Envitec gezeigt werden.
5. Eine Weiterentwicklung der Geräte und der Dünnschichtröhrchen zu marktreifen Schnelltests ist in Zusammenarbeit mit einem Unternehmen in Gründung geplant.


Fazit

Zur Anwendung der Dünnschichtröhrchentechnik in Schnelltests sollte die Zahl der Reaktionssysteme weiter erhöht werden. Eine zeitsparende Vorgehensweise bei der Entwicklung von Reaktionssystemen kann durch Einsatz eines Prüfgasgenerators erreicht werden. Weiterhin können durch Verkürzen der Diffusionswege in den Röhrchen, was eine Längenreduzierung bei gleichzeitiger Verringerung des Innendurchmessers zur Folge hat, die Auswertegeräte verkleinert werden. Zu diesem Zweck müßte die Apparatur zur Herstellung der Dünnschichtröhrchen in grundlegender Weise geändert werden. Eine Auswertung unter Verwendung von LEDs in Verbindung mit Lichtleitern könnte ein weiterer Ansatz für die remissionsphotometrische Auswertung sein. Zunächst wurde für die Durchführung von Testversuchen mit Dünnschichtröhrchen davon ausgegangen, daß geeignete Probenahmesysteme auf dem Markt erhältlich sind. Mit den angebotenen Systemen lassen sich die geforderten Volumenströme für die Probenahme nicht mit ausreichender Genauigkeit gewährleisten, so daß geeignete Probenahmesysteme entwickelt werden müssen. Erste Versuchsaufbauten mit Kleinstpumpen wurden bereits erstellt.