Überwachung der Luftqualität

Technische Hinweise zur Überwachung der Luftqualität – membraPure IONUS Ionenchromatograph

Eine optimale Luftqualität ist sowohl für die menschliche Gesundheit als auch für eine gut funktionierende Umwelt unerlässlich. Die Gewährleistung einer sicheren und gesunden Luft, insbesondere in Arbeitsumgebungen, erfordert robuste und zuverlässige Überwachungsstrategien.

Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), die Occupational Safety and Health Administration (OSHA) und die Korea Occupational Safety and Health Agency (KOSHA) haben Methoden zur Entnahme von Proben und zur Untersuchung der Luft am Arbeitsplatz veröffentlicht.

In einer Reihe dieser veröffentlichten Methoden wird die Ionenchromatographie (IC) als Analysetechnik zur ordnungsgemäßen Identifizierung und Quantifizierung der ionischen Schadstoffe in diesen Bereichen empfohlen. Die IC-Technik bietet eine hohe Empfindlichkeit, Selektivität und die Möglichkeit, mehrere ionische Spezies zu analysieren, wodurch sie sich besonders gut für die Bestimmung eines breiten Spektrums von Luftschadstoffen eignet.

Bei membraPure haben wir die von NIOSH, OSHA und KOSHA veröffentlichten Methoden untersucht, die die Ionenchromatographie als bevorzugte Analysetechnik für die unten aufgeführten Luftüberwachungsverfahren empfehlen.

Unser Ziel war es, die Fähigkeit unseres IONUS-Ionenchromatographen zu bestätigen, diese Anwendungen gleich oder besser als die in den Methoden vorgeschriebenen durchzuführen. Einige dieser Methoden wurden vor mehr als 30 Jahren veröffentlicht. IC-Systeme, IC-Säulen und die Software für die Gerätesteuerung und Datenauswertung haben sich erheblich verändert, obwohl einige der Methoden diese Verbesserungen nicht widerspiegeln.

Unser Team bei membraPure GmbH überprüfte die Methoden und erstellte geeignete Testprotokolle, um die in den Methoden angegebenen Trennungen durchzuführen, obwohl wir weder die Luftwäsche noch die Probensammeltechniken tatsächlich durchgeführt haben. Wir haben Standards in ultrareinem Wasser vorbereitet, um die Probe so zu simulieren, als ob sie, wie in den Methoden angegeben, mit Hilfe von Luftreinigungsverfahren gesammelt worden wäre.

Unser Ziel war es, zu zeigen, dass der IONUS Ionenchromatograph in der Lage ist, die verschiedenen NIOSH-, OSHA- und KOSHA-Methoden, die in den Tabellen 1 und 2 unten aufgeführt sind, durchzuführen und dabei qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erschwinglichen Betriebskosten zu erzielen.

Der IONUS Ionenchromatograph ist ein robustes System, das sich ideal für die Analyse der vorgeschriebenen Anionen, Kationen, Ameisensäure und Iodid eignet, wie in den untenstehenden Chromatogrammen (Abb. 1 bis Abb. 4) dargestellt.

Wenn eine Applikationsänderung am IONUS erforderlich ist, z. B. beim Wechsel von Anionen zu Kationen, ist die Umstellung einfach und erfordert nur wenig Zeit. Wir konnten einen Wechsel von Anionen zu Kationen in weniger als 20 Minuten mit einer stabilen Basislinie demonstrieren.

Wir konnten auch zeigen, dass die meisten Anionen ohne Säulen- oder Eluentenwechsel durchgeführt werden können, was die Geschwindigkeit zwischen den Analyten verbessert.

Kationen-Betriebsbedingungen der Methode

Anionen-Betriebsbedingungen der Methode

Andere Methoden zur Luftüberwachung mit IC:

Methode 26 und 26A mit IONUS:

Die Ionenchromatographie (IC) spielt eine entscheidende Rolle bei der genauen Messung verschiedener Luftschadstoffe aus stationären Quellen, darunter Schwefeldioxid (SO2) und Halogenide, wie die EPA-Methoden 26 und 26A zeigen.

Diese Methoden, die häufig für Konformitätsprüfungen verwendet werden, stützen sich auf die IC für die präzise Quantifizierung dieser Zielanalyten.

Beide Methoden beinhalten in der Regel eine isokinetische Probenahme, um eine repräsentative Probenentnahme zu gewährleisten, gefolgt von der Absorption der Schadstoffe in einer Impinger-Lösung.

Bei der SO2-Analyse wird das gesammelte SO2 vor der IC-Analyse zu Sulfat oxidiert. Bei der Analyse von Halogeniden können die spezifischen Probenvorbereitungs- und Analyseverfahren variieren.

Die Methoden 26 und 26A ähneln sich zwar in ihren Grundprinzipien, enthalten jedoch häufig Änderungen an den Probenahme- oder Analyseverfahren, um spezifische Herausforderungen zu bewältigen oder die Leistung für verschiedene Analyten zu verbessern.

Die Methode 26A beinhaltet beispielsweise häufig einen beheizten Filter, um Partikel vor der SO2-Absorption zu entfernen und so mögliche Interferenzen zu minimieren.

Der membraPure IONUS Ionenchromatograph eignet sich hervorragend für die Durchführung dieser wichtigen EPA-Methoden, einschließlich SO2- und Halogenidanalysen. Sein robustes Design und seine fortschrittlichen analytischen Fähigkeiten machen ihn zu einer zuverlässigen Plattform für die Messung von Emissionen in Übereinstimmung mit den gesetzlichen Anforderungen.

Das IONUS bietet die hohe Empfindlichkeit und Selektivität, die für die genaue Quantifizierung von Sulfat und verschiedenen Halogenid-Ionen erforderlich ist, selbst in komplexen Emissionsmatrizen.

Darüber hinaus rationalisieren die automatisierten Funktionen und die benutzerfreundliche Schnittstelle den Analyseprozess und steigern die Effizienz und Produktivität des Labors.

Durch den Einsatz des IONUS können Labors die EPA-Methoden 26 und 26A für eine Reihe von Schadstoffen sicher durchführen, eine genaue Emissionsüberwachung gewährleisten und zur Einhaltung von Umweltvorschriften beitragen. Wir werden den Einsatz des IONUS für die Methoden 26 und 26A in einem zukünftigen Applikationsbericht untersuchen.

ASTM D7614-20 mit IONUS PCD:

Die ASTM D7614-20 beschreibt eine Methode zur Bestimmung von sechswertigem Chrom (Cr(VI)) in der Umgebungsluft mittels Ionenchromatographie (IC) mit Nachsäulenderivatisierung und UV-Vis-Detektion.

Diese Standardmethode ist entscheidend für die genaue Überwachung von Cr(VI), einem bekannten Karzinogen, in Luftproben. Bei dieser Methode werden die Schwebstoffe in der Luft auf einem Filter gesammelt und die Cr(VI)-Spezies anschließend extrahiert.

Der Extrakt wird dann mittels IC analysiert, wobei Cr(VI) von anderen Chromspezies getrennt und anschließend nach der Säule derivatisiert wird, um einen farbigen Komplex zu bilden, der mit einem UV-Vis-Detektor nachgewiesen wird. Dieser Ansatz bietet sowohl Selektivität als auch Empfindlichkeit für die Quantifizierung von Cr(VI), was für die Einhaltung von Luftqualitätsvorschriften und den Schutz der öffentlichen Gesundheit unerlässlich ist.

Der membraPure IONUS PCD Ionenchromatograph ist ideal für die Durchführung von Analysen gemäß ASTM D7614-20 geeignet. Sein robustes Design und seine fortschrittlichen Trennfunktionen gewährleisten eine genaue und zuverlässige Quantifizierung von Cr(VI) in Luftproben. Wir werden den IONUS PCD für die Bestimmung von sechswertigem Chrom in einem zukünftigen Applikationsbericht näher vorstellen.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der membraPure IONUS Ionenchromatograph eine robuste und vielseitige Lösung für moderne Luftüberwachungslabors darstellt.

Seine Erschwinglichkeit, Empfindlichkeit, Reproduzierbarkeit und sein robustes Design machen ihn zu einer idealen Plattform für die genaue Bestimmung von Anionen, Kationen, Ameisensäure und Iodid, die direkt die analytischen Anforderungen der besprochenen Methoden erfüllt.

Das IONUS zeichnet sich dadurch aus, dass es sowohl TWA*- (Time-Weighted Average) als auch STEL*- (Short-Term Exposure Limit) Berichtsfunktionen erfüllt, die Einhaltung der Luftqualitätsvorschriften sicherstellt und den Labors die Sicherheit bietet, die sie für die Erstellung zuverlässiger Daten benötigen.

TWA ist die durchschnittliche Konzentration einer Substanz in der Luft über einen bestimmten Zeitraum, z. B. einen 8-Stunden-Arbeitstag. Sie spiegelt die kumulative Exposition wider, der eine Person über einen bestimmten Zeitraum hinweg gefahrlos ausgesetzt werden kann, ohne dass es zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen kommt. Der Zweck der TWA-Grenzwerte besteht darin, Personen vor chronischen oder langfristigen Gesundheitsrisiken durch anhaltende Exposition auf niedrigem Niveau zu schützen.

STEL ist die maximale Konzentration eines Stoffes, der Arbeitnehmer über einen kurzen Zeitraum, in der Regel 15 Minuten, ohne akute Auswirkungen ausgesetzt werden können. Es handelt sich um einen Grenzwert für eine kurze, intensive Exposition. Der Zweck der STEL-Grenzwerte besteht darin, den Einzelnen vor unmittelbaren oder akuten gesundheitlichen Auswirkungen zu schützen, die durch Konzentrationsspitzen auftreten können, selbst wenn diese unterhalb der TWA-Grenzwerte liegen.

Das IONUS erfüllt nicht nur die aktuellen Anforderungen, sondern rationalisiert auch Arbeitsabläufe, minimiert Ausfallzeiten und ermöglicht es dem Laborpersonal, sich auf andere wichtige Aufgaben zu konzentrieren, was die Gesamtproduktivität erhöht und zu einem effektiveren Luftqualitätsmanagement beiträgt.

Von Routinemessungen zur Einhaltung von Vorschriften bis hin zu speziellen Forschungsuntersuchungen bietet das IONUS eine umfassende und zukunftssichere Lösung.

Mit dem IONUS entscheiden sich Labore für ein hochwertiges Analysegerät und investieren in ein System, das die Effizienz steigert, die Kosten senkt und letztlich zu einer gesünderen Umwelt beiträgt.

Das IONUS stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Luftüberwachungstechnologie dar und bietet eine zuverlässige und kosteneffiziente Möglichkeit, genaue Luftqualitätsbewertungen zu gewährleisten und die öffentliche Gesundheit zu schützen.

Tabelle 1: Liste der Analyten und Methoden

Analyte	Form	Instrument	KOSHA	NIOSH	OSHA
Ammonia	NH4	IC-CDD	A-176-2019	6016	ID-188
Hydrogen Fluoride	HF	IC-CDD	A-154-2018	7906
Hydrogen Bromide	HBr	IC-CDD	A-155-2018	7907
Hydrogen Chloride	HCl	IC-CDD	A-183-2020	7907	ID-174SG
Nitric Acid	HNO3	IC-CDD	A-185-2020	7907	IC-165SG
Phosphoric Acid	H3PO4	IC-CDD	A-184-2020	7908	ID-111
Sulfuric Acid	H2SO4	IC-CDD	A-179-2019	7908	ID-113
Fluorine	F	IC-CDD		7906*	ID-110 (ISE)
Formic Acid	HCOOH	IC-CDD		2011
Iodine	I	IC-CDD	A-46-2021	6005	ID-212
Sulfur Dioxide	SO2	IC-CDD		6004
Hydrogen Sulfide	H2S as Sulfate	IC-CDD		6013
Ozone	O3as Nitrate	IC-CDD			ID-214
Chlorine	Cl	IC-CDD		6011
Bromine	Br	IC-CDD		6011
Nitrogen Monoxide	NO	IC-CDD		6014	ID-190
Nitrogen Dioxide	NO2	IC-CDD		6014	ID-182

Note: * NIOSH Method 7906 analyzes Fluoride by IC. OSHA ID-110 is an ISE method.

Tabelle 2: Konzentrationsbereich der Analyten

Analyte	Form	IC Calibration Range, ppm*	KOSHA	NIOSH	OSHA
Ammonia	Ammonium	1 – 20	A-176-2019	6016	ID-188
Hydrogen Fluoride (Aerosol and Gas)	Fluoride	0.01 – 0.25 Gas 0.3 – 10 Particulate	A-154-2018	7906
Hydrogen Bromide	Bromide	0.4 – 4	A-155-2018	7907
Hydrogen Chloride	Chloride	0.4 – 4	A-183-2020	7907	ID-174SG
Nitric Acid	Nitrate	0.4 – 4	A-185-2020	7907	IC-165SG
Phosphoric Acid	Phosphate	0.8 – 8	A-184-2020	7908	ID-111
Sulfuric Acid	Sulfate	0.2 – 8	A-179-2019	7908	ID-113
Fluorine	Fluoride	0.003 – 0.008		7906 **	ID-110 (ISE)
Formic Acid	Formate	0.13 – 12		2011
Iodine	Iodide	0.05 – 5	A-46-2021	6005	ID-212
Sulfur Dioxide	Sulfate	0.2 – 8		6004
Hydrogen Sulfide	Sulfate	0.6 – 14		6013
Ozone	Nitrate	0.5 – 10			ID-214
Chlorine	Chloride	0.007 – 0.5		6011
Bromine	Bromide	0.008 – 0.4		6011
Nitrogen Monoxide	Nitrite	0.5 – 50		6014	ID-190
Nitrogen Dioxide	Nitrite	0.5 – 20		6014	ID-182

Note: * The Range listed for each method was extracted from the method‘s list and reported in this table.

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