Partikelsonde P4000

s

Feinstaub (eng: "particulate matter" oder PM) ist eine komplexe Mischung aus extrem kleinen Partikeln und flüssigen Tröpfchen. Feinstaubverschmutzung resultiert aus vielen Ursachen, darunter Säuren (wie etwa Nitrate und Sulfate), organische Chemikalien, Metalle und Erdpartikel oder Staub.

Feinstaubverschmutzung ist in Frankreich pro Jahr für 42 000 frühzeitige Todesfälle verantwortlich. Und viele Krankheiten, wie etwa Asthma, Allergien Atemwegs- und Herzgefäßkrankeiten sowie Lungenkrebs sind darauf zurückzuführen.

Die gröbsten Partikel (größer als 2,5 Mikrometer) fallen schnell genug, ihre Verweildauer in der Luft liegt im Bereich von einem Tag, während die feinsten Teilchen bis zu einer Woche in der Luft bleiben und tausende von Kilometern wandern können. Auch nach dem Niederschlag können die Partikel wieder durch Wind oder den Verkehr in Städten hochgewirbelt werden.


Detektionsprinzip


Prinzip der Partikeldetektion P4000

Der P4000 nutzt die Laser-Diffraktionstechnologie (Lichtstreuung).
Das Prinzip funktioniert folgendermaßen: Wenn ein Laserstrahl durch saubere Luft wandert, dann ist der Strahl unsichtbar. Wenn der Strahl sichtbar wird, dann liegt es an den Partikeln auf der Bahn, die den Strahl zerstreuen. Wenn man sich den Strahl von der Seite anschaut und je sichtbarer der Strahl ist, desto höher ist die Partikeldichte.
Solch ein Partikelsensor nutzt eine Nah-Infrarot-Quelle (Laserdiode). Der Sensor ist eine Lawinen-Fotodiode mit Verstärker. Das Infrarot wird genutzt um Interferenzen mit dem Tageslicht zu vermeiden, welches eventuell in den Raum scheint.


Die Staubdichte hängt hauptsächlich von der Luftbewegung ab.
Der Laser, der Sensor und die Kollimator-Linsen werden in eine aufrechte Position gebracht, damit der Staub sich nicht auf die Optik absetzt, wenn die Luftflussquelle abgeschaltet wird. (Bedenken Sie bitte, dass ein kleines Heizgerät die Luft vor dem Sensor erwärmt und dadurch die leichtere heiße Luft einen Fluß erzeugt).
Der optimale Winkel zwischen der Quelle und dem Sensor ist das Ergebnis von Experimenten.
Jedes Partikel, welches den Laser passiert, zerstreut einen Teil des Strahls in Richtung Sensor und bei konstantem Luftfluss gibt die gemessene Impulsdauer die Größe der Partikel an.
Ein fortlaufender Durchschnitt der Partikelmenge nach Kategorien wird über einen Zeitraum von 30 Sekunden gebildet.
Da große Partikel keine Auswirkungen auf die Gesundheit haben, aber dennoch in der Innenraumumgebung vorhanden sind (besonders Kleidungsfaser), werden Partikel größer als 10 Mikrometer nicht gezählt.
Die Messung findet nach Maßgabe der Standardklassifikationen statt.
Feinstaub (PM) bezieht sich auf das Gesamtgewicht aller Partikel pro Luftvolumen. Es ist ein Überbleibsel aus der Zeit, als die Technik noch nicht in der Lage war, einzelne Teile zu erkennen. Jeder Partikelgröße wird eine Masse zugeschrieben, um das Ergebnis in der einheitlichen Größe von µg/m3 auszudrücken.
Eine moderne Überwachungausrüstung wie der P4000 zählt die einzelnen Partikel in drei Größen, die mit PM10, PM2,5 und PM1 korrelieren. Die Hypothese für die Massenberechnung ist, dass die Partikel sphärisch sind, was aber nicht immer zutrifft.

Standardwerte


Die Größe der Partikel steht in direkter Verbindung zu ihrer Gefährlichkeit für die Gesundheit. Umweltorganisationen sind besorgt über Teilchen mit einem Durchmesser von 10 Mikrometer oder weniger, denn sie sind klein genug, um durch Nase und Hals bis in die Lunge zu gelangen. Einmal eingeatmet, können diese Partikel Herz und Lunge schädigen.

Partikel werden in vier Kategorien aufgeteilt:

  • PM 10, grobkörnige Partikel, wie sie neben Straßen und staubigen Industrieanlagen vorkommen. Ihr Durchmesser ist kleiner als 10 Mikrometer und in der Kategorie werden auch feine, sehr feine und ultrafeine Partikel mitgezählt.
  • PM 2,5, feine Partikel, wie sie in Rauch und Nebel vorkommen. Ihr Durchmesser ist kleiner/gleich 2,5 Mikrometer und sie entstehen u.a. aufgrund von Waldbränden oder durch Reaktionen von Abgasen aus Fabriken oder Autos in der Luft. Dieselmotoren sind aber ihre Hauptquelle. Diese Kategorie umfasst auch sehr feine und ultrafeine Partikel.
  • PM 1, sehr feine Partikel (die gefährlichsten für die Gesundheit) haben einen Durchmesser von kleiner/gleich 1 Mikrometer. Sie werden praktisch vom Niederschlag aus der Luft ausgewaschen. Sie umfassen die ultrafeinen Partikel.
  • PM 0,1, ultrafeine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 Mikrometer werden auch als "Nanopartikel" bezeichnet. Ihre Verbleibdauer in der Luft ist sehr kurz, zwischen Minuten und Stunden.

PM2,5 und PM1 können bis in die tiefsten Regionen (Alveolen) der Lunge hinabsteigen, wo der Gasaustausch zwischen Luft und Blut stattfindet. Sie sind die gefährtlichsten Partikel, weil der alveolare Bereich der Lunge keine Möglichkeiten hat, diese Teilchen auszusondern. Und wenn die Partikel zudem wasserlöslich sind, gelangen sie in wenigen Minuten in den Blutkreislauf. Sind sie nicht wasserlöslich, dann bleiben sie in den alveolaren Bereichen für eine lange Zeit. Wasserlösliche Elemente können aus PAH (Polyzyklisch-aromatische Hydrokarbone) bestehen oder Überbleibsel von Benzen, sogenannte Karzinogene sein.

Standards


  Europa (2010) Weltgesundheitsorganisation USA
  PM10 (<10 µm)
P50* tägliches Limit 50 µg/m³; (weniger als 35 mal/Jahr)
50 µg/m³; 150 µg/m³;
Jährliches Limit 30 µg/m³;
20 µg/m³; Beendet in 2006
  PM2,5 (<2,5 µm)
P50* tägliches Limit   25 µg/m³;  
P98* tägliches Limit     35 µg/m³;
Jährliches Limit 25 µg/m³; in 2010
20 µg/m³; in 2020
10 µg/m³; 15 µg/m³;
*: Dieser Wert darf 50% (98%) der Zeit nicht übersteigen.


Leistungen





P4000 NanoSense-Feinstaubsonde

Wartung


Je mehr der Sensor Staub ausgesetzt ist, desto mehr muss er gewartet werden (Linsen mit einem feuchten Wattestäbchen säubern). Keinen Alkohol oder Lösungsmittel benutzen - sondern nur sauberes Wasser.
Dieser Sensor hat keinen Vergleichsstrahl, um diesen mit dem Strahl zu vergleichen, der Staub ausgesetzt ist. Daher benutzt er einen kumulativen Sensor um präventive Wartungsintervalle festzulegen.
Wenn diese kumulative Aussetzung überschritten ist, dann zeigt eine LED an, dass er gereinigt werden muss.
Nach der Reinigung der Linse wird der Zähler wieder auf null gesetzt, indem man einen Knopf länger als 10 Sekunden drückt. Dann erlischt die LED.

Servicezeit
PM2,5 Durchschnitt Jeder
< 5 µg/m³; 1000 Tage
< 10 µg/m³; 500 Tage
< 25 µg/m³; 200 Tage
< 50 µg/m³; 100 Tage

Beispiele



Dieselrußpartikel Partikel in der Luft Partikel in der Luft Partikel in der Luft