DE102020133050A1

DE102020133050A1 - Verfahren und Gerät zur Atemaerosolmessung

Info

Publication number: DE102020133050A1
Application number: DE102020133050.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schäfer; Matthias Rädle; Sascha Sanchez; Oliver Merle
Original assignee: PROXIVISION GmbH; HOCHSCHULE MANNHEIM
Current assignee: PROXIVISION GmbH; HOCHSCHULE MANNHEIM
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zum Messen der Konzentration von Atemaerosolen in der Umgebungsluft, insbesondere zur Überwachung der Luftqualität in geschlossenen Räumen. Die Erfindung ist äußerst hilfreich z.B. zur Bekämpfung von Pandemien wie der COVID-19-Pandemie. Das Aerosolmessgerät umfasst:zumindest eine erste Konditionierstrecke (2a) für einen ersten Luftstrom (1a), in der flüssige Aerosolpartikel in dem ersten Luftstrom (1a) verdunstet oder verdampft werden, um einen konditionierten ersten Luftstrom (1'a) zu erhalten,einen ersten Messkanal (20a) mit einem Aerosolpartikelsensor (5a) zum Messen einer ersten Zählrate von Aerosolpartikeln (58) in dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a),einen Referenz-Messkanal (20b) mit einem Aerosolpartikelsensor (5b) zum Messen einer zweiten Zählrate von Aerosolpartikeln (58) in einem Referenz-Luftstrom (1b), eine Auswerteeinrichtung (8), welche dazu hergerichtet ist, die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft (1) unter Berücksichtigung eines Vergleichs der Zählraten der Aerosolpartikel in dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a) und dem Referenz-Luftstrom (1b) zu bestimmen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zum Messen der Konzentration von Atemaerosolen in der Umgebungsluft, insbesondere zur Überwachung der Luftqualität in geschlossenen Räumen. Die Erfindung ist äußerst hilfreich z.B. zur Bekämpfung von Pandemien wie der COVID-19-Pandemie.
Hintergrund der Erfindung:
Aerosolmessungen sind in Zeiten erhöhter Belastung durch Viren von besonderer Bedeutung. Viren werden von Mensch zu Mensch vorzugsweise dadurch übertragen, dass Tröpfchen, die Viren beinhalten, von einer infizierten Person zu einer in der Nähe stehenden anderen Person „schweben“ oder „fliegen“. Die Konzentration und die Tropfengrößenverteilung von Aerosolen im Raum beeinflussen die Wahrscheinlichkeit der Infektionsübertragung.
Die COVID-19-Pandemie hat fast alle Lebensbereiche beeinflusst, sowohl im Privatbereich als auch im öffentlichen Raum. Es wurde erkannt, dass das sogenannte Corona-Virus (SARS-CoV-2) sich auf dem Luftweg durch sehr lange in der Luft schwebende feine Aerosole der ausgeatmeten Luft übertragen kann. Während der Sommermonate war eine regelmäßige und hinreichende Lüftung von Räumen relativ problemlos möglich. In der kalten Saison ist dies nicht mehr so leicht zu erreichen, ohne massive Beeinträchtigungen hinnehmen zu müssen. Speziell für den Bereich der öffentlichen Gebäude, wie Schulen, Universitäten, Behörden etc. wäre es wünschenswert, Konzepte zu erstellen, wie mit der Belastung der Atemluft mit Aerosolen umgegangen werden kann.
Diesbezüglich wäre es aus Sicht der Erfinder wünschenswert, Kenntnisse über die Verteilung, Verbreitung und die Beständigkeit von Atemaerosolen zu untersuchen, unter anderem um darauf abgestimmte Lüftungskonzepte umsetzen zu können.
Das Messen von Atemaerosolen stellt im Hinblick auf ihr flüchtiges Wesen jedoch eine große Herausforderung dar. Gestützt durch statistische Berechnungen und vergleichende Messungen des Robert Koch Instituts (RKI) wird häufig auf eine Korrelation der CO₂-Konzentration als Maß für die Menge der Atem-Aerosole für eine situationsbezogene Lüftung von Innenräumen abgestellt. Eine solche Korrelation konnte zwar grundsätzlich im Rahmen von Testmessungen verifiziert werden, allerdings können mittels dieser Korrelation nur bedingt Aussagen zur tatsächlichen momentanen Konzentration von Atemaerosolen, insbesondere zum zeitlichen Verlauf und der Verteilung in Räumen gemacht werden, da sie nur indirekte Rückschlüsse auf die Atemaerosole zulässt.
Manche Partikelgrößenmessgeräte funktionieren über Trübung oder über Streulicht. Feinstaub-Messgeräte vermessen jeden einzelnen Partikel einer Feinstaubkonzentration auf seine Partikelgröße. Solche Messgeräte erscheinen zur Messung von Atemaerosolen aber nicht unmittelbar geeignet.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bzw. ein Gerät bereit zu stellen, mit welchen die Konzentration von Aerosolen, die bei der Atmung ausgestoßen werden, zuverlässig bestimmt bzw. kontinuierlich überwacht werden können.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, selektiv die Konzentration derjenigen Atemaerosole zu bestimmen bzw. zu überwachen, die bei der Übertragung von Infektionskrankheiten, insbesondere bei der Übertragung von Viren, z.B. von SARS-CoV-2 bzw. Corona-Viren eine Rolle spielen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen der Konzentration von Atemaerosolen in der Umgebungsluft vorgestellt, mit dem z.B. eine kontinuierliche Überwachung der Luftqualität in geschlossenen Räumen, z.B. in Schulklassen oder anderen öffentlichen Räumen ermöglicht wird. Das Verfahren mit dem tatsächlich selektiv die Konzentration von flüssigen Aerosolen, wie sie bei der Atmung ausgestoßen werden, bestimmt werden kann, umfasst folgende Schritte:

a) Fördern eines ersten Luftstroms aus der Umgebungsluft, die ein gemischtes Aerosol aus festen und flüssigen Aerosolpartikeln enthält, z.B. in einem ersten Messkanal,
b) Konditionieren des ersten Luftstroms, insbesondere durch Erwärmen des ersten Luftstroms, um zumindest einen Anteil der flüssigen Aerosolpartikel in dem ersten Luftstrom zu verdunsten oder verdampfen,
c) Messen einer ersten Zählrate von Aerosolpartikeln in dem so konditionierten ersten Luftstrom, der aufgrund der Verdunstung oder Verdampfung eine zumindest reduzierte Konzentration an flüssigen Aerosolpartikeln gegenüber der unkonditionierten Umgebungsluft bzw. gegenüber dem unkonditionierten ersten Luftstrom enthält, z.B. in einem ersten Aerosolpartikelsensor,
d) Fördern eines Referenz-Luftstroms aus derselben Umgebungsluft, die das gemischte Aerosol aus festen und flüssigen Aerosolpartikeln enthält, z.B. durch den ersten oder einen separaten zweiten Aerosolpartikelsensor,
e) Messen einer zweiten Zählrate von Aerosolpartikeln in dem Referenz-Luftstrom als Vergleichswert, z.B. in dem ersten oder dem zweiten Aerosolpartikelsensor, aber ohne die Konditionierung gemäß Schritt b), so dass der konditionierte erste Luftstrom zwar genauso viele feste Aerosolpartikel, aber aufgrund der Konditionierung bzw. Erwärmung zumindest signifikant weniger flüssige Aerosolpartikel als der Referenz-Luftstrom, ggf. im Wesentlichen keine flüssigen Aerosolpartikel mehr, enthält, zumindest in den Größenintervallen der relevanten Aerosolpartikel,
f) Vergleichen der ersten und zweiten Zählrate der Aerosolpartikel zwischen dem konditionierten ersten Luftstrom und dem Referenz-Luftstrom und
g) Bestimmen der Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft aus dem Vergleich der Zählraten der Aerosolpartikel in dem konditionierten ersten Luftstrom und dem Referenz-Luftstrom.

In vorteilhafter Weise kann durch die vorgeschlagene Vergleichsmessung ein unerwünschter Messeffekt basierend auf festen also nicht verdampfbaren Aerosolpartikeln, die sich zwangsläufig in der Umgebungsluft befinden können, wie z.B. (Fein-)Staub, Rauch, oder Ähnliches, zumindest reduziert, ggf. sogar weitgehend eliminiert werden. Damit kann z.B. ein unerwünschter Messausschlag bzw. Messfehler, der ansonsten z.B. von aufgewirbelten Staubpartikeln verursacht werden könnte, zumindest reduziert, ggf. sogar weitgehend eliminiert werden. Stattdessen kann in vorteilhafter Weise eine präzise und selektive Bestimmung derjenigen Aerosolpartikel, die in der Atmung vorkommen, nämlich insbesondere flüssige Aerosolpartikel zuverlässig und präzise erzielt und deren Konzentration in der Raumluft sogar kontinuierlich überwacht werden. Sobald die so bestimmte Konzentration an flüssigen Aerosolpartikeln in den relevanten Größenbereichen überschritten wird, kann z.B. ein Alarm ausgelöst werden, der signalisiert, dass der Raum gelüftet werden muss. Das Verfahren kann selbstverständlich auch für wissenschaftliche Untersuchungen z.B. in Bezug auf die zeitliche und/oder räumliche Verbreitung und die Dauer des Bestehenbleibens bzw. Schwebens solcher flüssiger Aerosolpartikel eingesetzt werden. Zusammenfassend kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren eine zuverlässige Selektion der Messung zwischen festen und flüssigen Aerosolpartikeln erreicht werden.
Der Vergleich zwischen den Zählraten des konditionierten ersten und des zweiten Luftstroms kann z.B. durch Differenzbildung zwischen der ersten und zweiten Zählrate durchgeführt werden.
Es wird bevorzugt, dass der konditionierte erste Luftstrom und der Referenz-Luftstrom in zwei parallelen Anordnungen zu unterschiedlichen Aerosolpartikelsensoren geführt wird. Eine solche separate parallele Messung mit nebeneinander angeordneten physikalischen Strömungskanälen und separaten Aerolsolpartikelsensoren hat sich als besonders genau und zuverlässig erwiesen. Hierbei enthält zumindest der erste Strömungskanal ein Heizelement zum Erwärmen des ersten Luftstroms. Es können allerdings auch beide Strömungskanäle mit jeweils einem Heizelement, insbesondere identisch aufgebaut sein. In diesem Fall wird z.B. immer nur eines der beiden Heizelemente betrieben. Ein Vorteil hieran ist, dass die Strömungsverhältnisse in den beiden Strömungskanälen konstruktiv identisch sind: Ferner können die beiden Messkanäle dann auch im Wechsel, z.B. alternierend betrieben werden. Dies kann zur Kalibrierung verwendet werden und es können systematische Fehler reduziert werden.
Es ist jedoch auch möglich, die beiden Luftströme seriell zu führen. In diesem Fall wird zunächst an dem Luftstrom die Referenzmessung zur Messung der zweiten Zählrate durchgeführt und dann wird derselbe Luftstrom konditioniert, um die erste Zählrate zu messen.
Es ferner möglich, dass lediglich ein physikalischer Strömungskanal mit einem Heizelement vorhanden ist und die erste und zweite Zählrate wie bei einem Zeitmultiplexverfahren nacheinander gemessen werden. Hierzu wird der Luftstrom durch denselben Strömungskanal gefördert und die Zählrate, insbesondere mit demselben Aerosolpartikelsensor, nacheinander z.B. alternierend jeweils einmal mit und einmal ohne Heizung gemessen. Diese zeitlich getrennte Messung anstatt einer räumlich getrennten Messung kann insbesondere dann verwendet werden, wenn die zeitliche Dauer der Messintervalle erheblich kürzer gewählt werden kann, als die vermutete zeitliche Veränderung der Aerosolkonzentration.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel sogar selektiv in Abhängigkeit (als Funktion) der Partikelgröße, zumindest Partikelgrößenintervallweise, bestimmt werden.
Hierzu werden in dem Schritt c) erste Zählraten jeweils gesondert in einem ersten und zweiten unterschiedlichen Partikelgrößenintervall gemessen, und in dem Schritte) werden zweite Zählraten jeweils gesondert in dem ersten und zweiten unterschiedlichen Partikelgrößenintervall gemessen. Dies kann z.B. mit Laserstreuung (z.B. Mie-Streuung) unter verschiedenen Messwinkeln erreicht werden.
In dem Schritt f) werden dann die ersten und zweiten Zählraten jeweils gesondert in dem ersten und zweiten Partikelgrößenintervall miteinander verglichen, bzw. die Differenz gebildet.
In dem Schritt g) werden dann die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel jeweils gesondert in dem ersten und zweiten Partikelgrößenintervall durch den Vergleich bzw. die Differenzbildung der Partikelgrößenintervallweise jeweils zugehörigen ersten und zweiten Zählraten der Aerosolpartikel bestimmt.
Von besonderem Vorteil ist die Bestimmung der Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in einer Vielzahl von Partikelgrößenintervallen. In der Approximation kann somit die Verteilung der um die festen Aerosolpartikel bereinigten Messung der flüssigen Aerosolpartikel nahezu als Funktion der Partikelgröße erzielt werden. Mit anderen Worten kann die Partikelgrößenverteilung selektiv nur der flüssigen Aerosolpartikel, bzw. der um die Konzentration der festen Aerosolpartikel bereinigten Konzentration der Aerosolpartikel, bestimmt werden, was ungeahnte Möglichkeiten der Überwachung und wissenschaftlichen Untersuchung von flüssigen bzw. verdampfbaren Aerosolen in der Atemluft ermöglicht.
Hierzu werden in dem Schritt c) erste Zählraten jeweils gesondert in einer Vielzahl von unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen gemessen und in dem Schritt e) werden zweite Zählraten jeweils gesondert in einer Vielzahl von unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen gemessen.
In dem Schritt f) werden die ersten und zweiten Zählraten jeweils gesondert in den zugehörigen Partikelgrößenintervallen miteinander verglichen.
In dem Schritt g) wird die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel jeweils gesondert in den zugehörigen Partikelgrößenintervallen unter Berücksichtigung des jeweiligen Vergleichs der Zählraten der Aerosolpartikel in den jeweils zugehörigen Partikelgrößenintervallen bestimmt.
Es hat sich ferner gezeigt, dass es vorteilhaft sein kann, in dem Konditionierungs-Schritt b) gezielt nur ausgewählte Teilbereiche von Größen der flüssigen Aerosolpartikel zu verdunsten oder verdampfen und andere Teilbereiche von Größen der flüssigen Aerosolpartikel nicht zu verdunsten oder verdampfen. Hierdurch können bestimmte Messbereiche der Partikelgrößengrößenintervalle noch besser herauspräpariert werden. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, indem die Wechselwirkungszeit des ersten Luftstroms mit einem Heizelement und/oder die Temperatur des ersten Luftstroms entsprechend gezielt eingestellt wird. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass kleine flüssige Aerosolpartikel leichter bzw. schneller verdunsten oder verdampfen und je länger oder heißer konditioniert wird, dann auch mehr auch größere flüssige Aerosolpartikel.
Vorzugsweise wird noch zumindest ein physikalischer Parameter der Umgebungsluft gemessen, z.B. mit einem entsprechenden dritten Sensor. Besonders relevante physikalische Parameter der Umgebungsluft, sind insbesondere die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft, da diese einen Einfluss, insbesondere auf die Bestimmung der absoluten Konzentration der Aerosolpartikel, haben können. Demnach werden vorzugsweise die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft gemessen und in dem Schritt g) kann die ggf. absolute Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft unter Berücksichtigung der gemessenen Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit bestimmt werden.
Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, kann die erste und/oder zweite Zählrate z.B. mittels Laserstreuung an dem konditionierten ersten Luftstrom und an dem Referenz-Luftstrom gemessen werden.
Es werden vorzugsweise Aerosolpartikel nachgewiesen, die eine Größe im Bereich von 50 nm bis 10 µm, vorzugsweise im Bereich von 300 nm bis 5 µm, vorzugsweise im Bereich von 500 nm bis 3 µm aufweisen. Diese Bereiche überdecken zumindest teilweise den Größenbereich von typischen Atemaerosolen, der ohne Anspruch auf Exaktheit in einem Bereich von etwa 50 nm bis 5 µm angenommen wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Gerät zum Messen der Konzentration von Atemaerosolen in der Umgebungsluft, insbesondere zur Überwachung der Luftqualität in geschlossenen Räumen, das Mittel oder Einrichtungen aufweist, welche hergerichtet sind, die vorstehend beschrieben Verfahren durchzuführen.
Insbesondere ist demnach ein Gerät zum selektiven Messen der Konzentration von flüssigen Aerosolen, insbesondere Atemaerosolen in der Umgebungsluft, insbesondere zur Überwachung der Luftqualität in geschlossenen Räumen, Gegenstand der Erfindung, welches folgendes aufweist:

Das (Atemaerosol-)Messgerät weist einen ersten Messkanal mit einem Aerosolpartikelsensor zum Messen einer ersten Zählrate von Aerosolpartikeln in einem ersten Luftstrom in dem ersten Messkanal und einen Referenz-Messkanal mit einem Aerosolpartikelsensor zum Messen einer zweiten Zählrate von Aerosolpartikeln in einem Referenz-Luftstrom in dem Referenz-Messkanal auf. Dem ersten Messkanal ist eine erste Konditionierstrecke vorgeschaltet, in welcher der erste Luftstrom, insbesondere von einem Heizelement kontrolliert erwärmt wird, derart dass flüssige Aerosolpartikel in dem ersten Luftstrom verdunstet oder verdampft werden.

Eine Auswerteeinrichtung, empfängt die erste und zweite Zählrate und bestimmt die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft aus einem Vergleich der Zählraten der Aerosolpartikel in dem konditionierten ersten Luftstrom und dem Referenz-Luftstrom. Dadurch können in vorteilhafter Weise unerwünschte Messeffekte, die mit festen Aerosolpartikeln, wie z.B. (Fein-)Staubpartikel korrelieren, gemindert oder eliminiert werden.
Insbesondere wird von der Auswerteeinrichtung, die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft unter Berücksichtigung der Differenz der Zählraten der Aerosolpartikel in dem Referenz-Luftstrom und dem konditionierten ersten Luftstrom ermittelt.
Es kommen grundsätzlich verschiedene konstruktive Anordnungen in Betracht. Vorzugsweise sind der erste Messkanal und der Referenz-Messkanal örtlich getrennt und weisen physikalisch separate erste und zweite Aerosolpartikelsensoren auf. Mit anderen Worten hat jeder Messkanal einen eigenen Strömungskanal und einen eigenen Aerosolpartikelsensor. Die beiden Messkanäle können dabei entweder parallel oder seriell angeordnet sein. Bei einer parallelen Anordnung liegen die beiden Messkanäle nebeneinander und werden von zwei räumlich getrennten unterschiedlichen Luftströmen durchströmt. Bei einer seriellen Anordnung liegen die beiden Messkanäle seriell hintereinander, so dass der Luftstrom für die Referenzmessung zunächst unkonditioniert den zweiten Messkanal durchströmt. Anschließend wird derselbe aus dem zweiten Messkanal ausströmende Luftstrom konditioniert, um nach der Referenzmessung die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel zu verdunsten oder verdampfen. Anschließend durchströmt der konditionierte Luftstrom mit reduzierter Konzentration an flüssigen Aerosolpartikeln den ersten Messkanal, der dem zweiten Messkanal seriell nachgeschaltet ist.
Alternativ können der erste Messkanal und der Referenz-Messkanal aber auch denselben physikalischen Strömungskanal für den ersten Luftstrom und den Referenzluftstrom und/oder denselben physikalischen Aerosolpartikelsensor nutzen, wenn die erste und zweite Zählrate zeitlich versetzt gemessen werden. Hierzu werden die erste und zweite (Referenz-)Zählrate in demselben physikalischen Strömungskanal, einerseits in einem ersten Zeitintervall mit eingeschaltetem Heizelement, und andererseits in einem Referenz-Zeitintervall mit aus- oder heruntergeschaltetem Heizelement, insbesondere von demselben physikalischen Aerosolpartikelsensor, gemessen. Die erste Zählrate mit reduzierter Konzentration an flüssigen Aerosolen sowie die die zweite Referenz-Zählrate werden demnach nicht räumlich, sondern zeitlich versetzt gemessen. Ggf. können die zeitliche und räumliche Trennung der Messung der beiden Zählraten auch miteinander kombiniert werden.
Es können aber auch mehr als zwei Messkanäle, ggf. mit unterschiedlicher Heizung, vorhanden sein. Hiermit kann durch Austauschen der Messkanäle getestet werden, ob es z.B. systematische Probennahmefehler gibt. Ferner können die mehreren Messkanäle wechselweise geheizt oder nicht geheizt werden, um die Gleichheit der Vorbehandlung zu testen. Ferner können Redundanz erzeugt, laufende parallele Kalibriermessungen durchgeführt oder weitere Vergleiche bzw. Differenzbildungen durchgeführt werden.
Bevorzugt kann der zugehörige Aerosolpartikelsensor, erste Zählraten jeweils gesondert zumindest in einem ersten und zweiten unterschiedlichen Partikelgrößenintervall messen, d.h. der zugehörige Aerosolpartikelsensor kann die erste Zählrate aufgelöst nach der Partikelgröße in zumindest zwei unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen messen. Ebenso bevorzugt kann der zugehörige Aerosolpartikelsensor auch zweite Zählraten jeweils gesondert zumindest in einem ersten und zweiten unterschiedlichen Partikelgrößenintervall messen, d.h. der zugehörige Aerosolpartikelsensor kann die erste Zählrate aufgelöst nach der Partikelgröße in dem(selben) ersten und zweiten unterschiedlichen Partikelgrößenintervall messen.
Die Auswerteinrichtung vergleicht dann die ersten und zweiten Zählraten jeweils gesondert (selektiv) in dem ersten und zweiten Partikelgrößenintervall miteinander. Sie bildet z.B. die Zählratendifferenzen gesondert für das erste und zweite Partikelgrößenintervall, und bestimmt die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel jeweils gesondert in dem ersten und zweiten Partikelgrößenintervall durch den Vergleich der jeweils zugehörigen ersten und zweiten Zählraten der Aerosolpartikel. Somit kann also eine um unerwünschte Effekte durch feste Aerosolsolpartikel bereinigte Konzentrationsbestimmung, aufgelöst nach zumindest zwei unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen bestimmt werden.
Weiter bevorzugt kann der zugehörige Aerosolpartikelsensor erste Zählraten jeweils gesondert in einer Vielzahl von unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen messen und der zugehörige Aerosolpartikelsensor kann zweite Zählraten ebenfalls jeweils gesondert in einer Vielzahl von unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen messen.
Die Auswerteeinrichtung vergleicht dann die ersten und zweiten Zählraten jeweils gesondert (selektiv) in zugehörigen Partikelgrößenintervallen miteinander, sie bildet z.B. die Zählratendifferenzen getrennt für jedes der Partikelgrößenintervalle, und bestimmt die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel jeweils gesondert in der Vielzahl von Partikelgrößenintervallen durch den Vergleich der jeweils zugehörigen ersten und zweiten Zählraten der Aerosolpartikel. Somit kann also eine um unerwünschte Effekte durch feste Aerosolsolpartikel bereinigte Konzentrationsbestimmung, aufgelöst nach einer Vielzahl von unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen bestimmt werden. In asymptotischer Betrachtung kann demnach eine um unerwünschte Effekte durch feste Aerosolsolpartikel bereinigte Konzentrationsbestimmung als Funktion der Partikelgröße, zumindest Partikelgrößenintervallweise, bestimmt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Atemaerosol-Messgerät eine Steuereinrichtung, die, z.B. basierend auf vordefinierten Parametern, die Konditionierung in der Konditionierstrecke steuern kann, derart dass gezielt nur ausgewählte Teilbereiche von Größen der flüssigen Aerosolpartikel verdunstet oder verdampft werden und andere Teilbereiche von Größen der flüssigen Aerosolpartikel nicht verdunstet oder verdampft werden. Hierzu kann die Steuereinrichtung z.B. die Wechselwirkungszeit des ersten Luftstroms mit dem Heizelement, die Heizleistung des Heizelements und/oder die Temperatur des ersten Luftstroms steuern. Z.B. können bei geringer Heizleistung oder Wechselwirkungszeit eher kleine flüssige Aerosolpartikel verdunstest oder verdampft werden und größere flüssige Aerosolpartikel bleiben erhalten, wohingegen bei höherer Heizleistung oder Wechselwirkungszeit auch größere, ggf. bis zu im Wesentlichen alle flüssigen Aerosolpartikel verdunstest oder verdampft werden. Durch diese Differenzierung der Partikelgrößen schon bei der Konditionierung in Kombination mit der Eliminierung unerwünschter Effekte durch feste Aerosolpartikel können weitere Erkenntnisse über das Verhalten von Atemaerosolen gewonnen werden. Die Wechselwirkungszeit mit dem Heizelement, bzw. die Verweildauer in der Konditionierstrecke kann z.B. durch Steuerung des zugehörigen Lüfters für den Luftstrom eingestellt werden.
Ferner vorzugsweise ist ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur der Umgebungsluft und/oder ein Luftfeuchtesensor zum Messen der Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft vorgesehen. Die Auswerteeinrichtung liest den oder die Sensoren aus und kann die entsprechenden Messdaten der Umgebungsluft verwenden, z.B. um die absolute Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft genauer zu bestimmen. Hiermit können in vorteilhafter Weise Raumparameter der Umgebungsluft in die Berechnung einbezogen und ggf. die absoluten Konzentrationen flüssigen Aerosolpartikel bereinigt um unerwünschte Effekte durch feste Aerosolpartikel berechnet werden, ggf. wieder gesondert für zwei oder mehr Partikelgrößenintervalle.
Die Messung der Zählraten kann z.B. mit einem Laserstreusensor erfolgen. Hierbei wird der jeweilige Luftstrom durch eine vorzugsweise geschlossene Messzelle geführt, die von einem Laser durchstrahlt wird. Ein Photonendetektor ist z.B. unter einem bestimmten Streuwinkel angeordnet, der die unter diesem Streuwinkel gestreuten Photonen, vorzugsweise mittels einer Einzelphotonenmessung, nachweist. Die Lichtstreuung kann ohne Anspruch auf Richtigkeit z.B. mit der Mie-Theorie beschrieben werden, wonach unterschiedliche Partikelgrößen unterschiedliche Streuwinkel erzeugen. Insbesondere korrelieren unterschiedliche Nachweiswinkel mit unterschiedlichen Partikelgrößen. Falls gewünscht, können mehrere Photonendetektoren unter verschiedenen Streuwinkeln vorhanden sein, um gleichzeitig Zählraten in verschiedenen Partikelgrößenintervallen zu messen. Der jeweilige Aerosolpartikelsensor umfasst demnach einen Laser und einen oder mehrere unter bestimmten Streuwinkeln angeordnete Photonendetektoren, um die erste und/oder zweite Zählrate mittels Laserstreuung an dem konditionierten ersten Luftstrom bzw. dem Referenz-Luftstrom zu messen. Als Laserstreusensoren können z.B. sogenannte Feinstaubsensoren verwendet werden.
Der bzw. die Photonendetektoren können z.B. als Photodiode, CCD-Chip oder, insbesondere „customized“, Photomultiplier (PM/CPM) ausgebildet sein. Ein Photomultiplier mit einem Sekundärelektronenvervielfacher hat in vorteilhafter Weise eine erheblich höhere Empfindlichkeit in der Messung einzelner Aerosolpartikel.
Insbesondere sind der erste und zweite Aerosolpartikelsensor als Einzelteilchenzähler ausgebildet, sind also dazu ausgebildet einzelne Aerosolpartikel zu zählen.
Der bzw. die Aerosolpartikelsensoren weisen vorzugsweise Aerosolpartikel nach, die eine Größe haben, die zumindest teilweise im Bereich von 50 nm bis 10 µm, vorzugsweise zumindest teilweise im Bereich von 300 nm bis 5 µm, vorzugsweise zumindest teilweise im Bereich von 500 nm bis 3 µm liegen.
Zusammenfassend wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein physikalischer Zusammenhang gefunden, der sich in überraschend einfacher Weise zum Bau eines Atemaerosol-Messgerät verwenden lässt. Das im Rahmen dieser Erfindung entwickelte Messsystem zur Überwachung der Luftqualität wurde zwar ursprünglich zur Überwachung von Außenluft entworfen, ist aber ebenfalls für Innenräume geeignet.
Grundsätzlich sind Aerosole Dispersionen von Partikeln in Gas. Die Aerosolpartikel können hierbei sowohl Feststoffe als auch Flüssigkeiten umfassen. Darin besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen „Feinstaub“ und „Atem-Aerosoien“. Feinstaub besteht hauptsächlich aus Feststoffen wie z.B. Ruß, mineralischem Staub und Sporen. Atem-Aerosole hingegen bestehen im Wesentlichen aus Flüssigkeitströpfchen - genauer gesagt bestehen sie vor allem aus Wassertröpfchen.
Für die vorliegende Erfindung ist also von Bedeutung, dass in einem Raum normalerweise Staubpartikel und Flüssigkeitströpfchen, also feste und flüssige Aerosolpartikel zu finden sind. Durch die Staubpartikel entsteht eine technische Herausforderung dahingehend, dass diese unabhängig von der Atmung z.B. einfach durch Bewegung aufgewirbelt werden können und für die Messung der Atemaerosole unerwünschte Messeffekte erzeugen können. Z.B. kann ein Mensch über Kleidung und Haut etwa 5000 Partikel pro Sekunde absondern. Auch kann eine einfache Aerosolmessung dadurch signifikant beeinflusst werden, dass eine Luftbewegung, z.B. durch das Öffnen einer Tür oder eines Fensters erzeugt wird, welche Staubpartikel aufwirbelt. Auf der anderen Seite macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, dass sich feste Aerosolpartikel, wie z.B. (Fein-)Staubpartikel von Atemaerosolen dadurch unterscheiden, dass sie keinen merklichen Dampfdruck aufweisen. Andererseits werden Viren von Mensch zu Mensch vornehmlich in Tröpfchen bzw. durch Atemaerosole übertragen, die sich verdampfen lassen. Dieses Grundprinzip wird vorliegend dadurch ausgenutzt, dass z.B. zwei Aerosolpartikelsensoren bzw. Partikelmesseinheiten betrieben werden. Eine davon saugt klassisch die Mischung aus flüssigen (verdampfungsfähigen) Aerosolen und nicht verdampfungsfähigen Partikeln an, während der anderen bei gleicher oder ähnlicher Strömungstechnik und Ansaugleitung eine geeignete Heizstrecke vorgeschaltet ist, welche zumindest einen Anteil der Tröpfchen bzw. flüssigen oder verdampfungsfähigen Aerosolpartikel verdunstet bzw. verdampft. Bei zwei möglichst gleich gestalteten Messstrecken bildet dann ein Vergleich, z.B. die Differenz der Zählraten einzelner Partikel in den einzelnen Partikelgrößenfraktionen, die jeweilige Konzentration der bei der Atmung ausgestoßenen Aerosole ab. Dadurch können insbesondere Staubpartikel von Aerosolen aus dem Rachenraum differenziert werden.
Die Atemaerosole sind ferner teilweise nur dann für andere Menschen gefährlich, wenn sie in bestimmten Tropfengrößenklassen vorliegen. Deshalb kann es vorteilhaft sein, nicht über ein integrierend messendes Trübungsmessverfahren eine Differenz von geheizten und ungeheizten Luftströmen hinsichtlich ihrer Partikelbelastung zu untersuchen, sondern die Differenz für jede Partikelgrößenfraktion gesondert zu messen. Weitere vorteilhafte Besonderheiten liegen darin, dass die Energiemenge zum Heizen untersucht und eingestellt werden kann. Möglicherweise und darin liegt eine optionale Ausführungsform, ist es erwünscht, nur Tropfen einer bestimmten Größenklasse zu verdunsten oder verdampfen, während andere Tropfen in anderen Größenklassen nicht verdunstet oder verdampft werden sollen. Daher ist es vorteilhaft in einer optionalen Ausführungsform eine regelbare Heizquelle ggf. mit einstellbarer Verweilzeit für die zugeführte Luft bereit zu stellen.
Des Weiteren ist von Bedeutung, dass die Verdampfungsfähigkeit der vom Menschen erzeugten Atemaerosole von Umweltbedingungen abhängen können. Dies bedeutet wiederum, dass zusätzlich zur Messung einer Partikelgrößenverteilung und der Absolutzahl der Partikel pro Volumen und entsprechend der Messung mit geheiztem Vorkanal auch noch die aktuelle Luftfeuchte und/oder die Temperatur der Umgebungsluft gemessen werden kann. So können die Verdampfungskonditionen besonders zuverlässig eingestellt werden. Z.B. kann dies in Form eines einheitlichen (tragbaren Innenraum-)Messgeräts mit zwei Einlasskanälen, zwei Partikelsensoren, Sensoren für die Umgebungsluft-Parameter und einer zentralen Elektronik realisiert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung mit zwei parallelen Messkanälen,
2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung mit zwei seriellen Messkanälen,
3 einen Prototypen eines selbst gebauten Partikelsensors,
4 eine dreidimensionale Darstellung einer Ausführungsform eines Aerosolpartikelsensors,
5 eine vereinfachte schematische Darstellung des Messprinzips einer Laserstreulichtmessung,
6 eine weitere Darstellung zum Messprinzip einer Laserstreulichtmessung,
7 Messergebnisse einer Nullmessung, gemessen mit einem Atemaerosol-Messgerät gemäß 1,
8 Messergebnisse über eine Messdauer von etwa 2h einer Messung, bei der von einer Person in bestimmten Abständen in das Messvolumen hineingeatmet bzw. -gehustet wurde, gemessen mit einem Atemaerosol-Messgerät gemäß in 1,
9 einen Kontroll-Vergleich zwischen gemessenen PM-Werten und der CO₂-Konzentration.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Messgeräts 100 mit zwei parallel geschalteten Messkanälen 20a, 20b. Umgebungsluft 1 wird als erster und zweiter Luftstrom 1a, 1b unter Einhaltung geeigneter Probennahmebedingungen gleichzeitig parallel in eine erste bzw. zweite Konditionierstrecke 2a, 2b eingebracht. In dem ersten Messkanal 20a wird der erste Luftstrom 1a in der Konditionierstrecke 2a mit einem Heizelement 3a unter Zuführung von Heizenergie erwärmt, sodass die flüssigen Aerosolpartikel - man könnte sie auch als flüchtige Aerosolpartikel bezeichnen - zumindest teilweise verdunsten oder verdampfen. Die Energiemenge, die über das Heizelement 3a eingebracht wird, kann über eine Auswerte- und Steuereinrichtung 8 gesteuert werden. Die Steuerung der Energiemenge kann zum Beispiel in Abhängigkeit von erfassten Messwerten der aktuellen Umgebungstemperatur und/oder der aktuellen Luftfeuchte oder gegebenenfalls anderer relevanter Umgebungsparameter gesteuert werden. Die Umgebungsparameter, in diesem Beispiel Lufttemperatur und/oder Leuchtfeuchtigkeit, werden mit entsprechenden Sensoren 4a, 4b und/oder 4c gemessen. Zumindest ein Sensor für die Umgebungsparameter kann separat von den Messkanälen (hier Sensor 4c) oder innerhalb der Messkanäle (hier Sensoren 4a, 4b) angeordnet sein. Die Sensoren 4a, 4b messen demnach zumindest einen Luftparameter, wie zum Beispiel Lufttemperatur und/oder Luftfeuchtigkeit, zumindest eines der Luftströme 1a, 1'a und/oder 1b in zumindest einem der Messkanäle 20a, 20b.
Die Energiemenge für die Erwärmung des Luftstroms 1a kann ggf. so berechnet werden, dass bestimmte Partikelgrößenklassen der flüssigen Aerosole verdampft werden, und zwar typischerweise genau diejenigen flüssigen Aerosolpartikel, deren Konzentration gemessen werden soll. Flüssige Aerosolpartikel in anderen Größenklassen, insbesondere größere flüssige Aerosolpartikel können dann im Wesentlichen ungehindert die Konditionierstrecke 2a passieren.
Der zweite Messkanal 20b weist aus Symmetriegründen ebenfalls ein Heizelement 3b auf, welches für diese Messung der Referenz-Zählrate jedoch nicht eingeschaltet wird. Das Einbauen jeweils eines Heizelements 3a, 3b in beiden Messkanälen 20a, 20b kann sinnvoll sein, um die Messkanäle austauschen zu können, zum Beispiel um sie alternierend zu betreiben oder um Testmessungen durchzuführen. Dadurch können identische Messbedingungen in beiden Messkanälen 20a, 20b gewährleistet werden und die Redundanz kann ggf. zum Kalibrieren verwendet werden.
In dem ersten Messkanal 20a strömt der erste von dem Heizelement 3a konditionierte Luftstrom 1'a in den ersten Aerosolpartikelsensor 5a und in dem zweiten Messkanal 20b strömt der unkonditionierte zweite Luftstrom 1b in den zweiten identisch aufgebauten Aerosolpartikelsensor 5b. In den beiden Aerosolpartikelsensoren 5a, 5b wird dann jeweils die Zählrate für verschiedene Partikelgrößenintervalle bzw. Partikelgrößenklassen bestimmt. D.h., es werden zumindest intervallweise die Partikelgrößenverteilungen in beiden Messkanälen 20a, 20b gemessen. Die Gesamtzahl der jeweiligen Aerosolpartikel, die die Aerosolpartikelsensoren 5a, 5b durchströmen, werden gezählt und unterteilt nach ihrer Größe in Größenklassen innerhalb des Messintervalls aufsummiert. Die Aerosolpartikelsensoren 5a, 5b sind demnach als Aerosolpartikelzähler bzw. Partikelgrößensensoren ausgebildet, die Aerosolpartikel aufgelöst nach Ihrer Größe zählen können.
Aus den beiden Aerosolpartikelsensoren 5a, 5b wird die Abluft 6a, 6b jeweils so nach außen geführt, dass sie die Ansaugung frischer Luft an den Luftansaugöffnungen 16a, 16b nicht stört. In dem ersten und zweiten Messkanal 20a, 20b kann sich zur aktiven Luftförderung optional jeweils ein Lüfter bzw. Ventilator 17a, 17b befinden.
Die Zählraten der beiden Aerosolpartikelsensoren 5a, 5b werden von einer gemeinsamen zentralen Erfassungselektronik 7 ausgelesen und in einer gemeinsamen zentralen intelligenten Auswerte- und Steuereinrichtung 8 aufbereitet. Die Aufbereitung umfasst insbesondere eine Differenzbildung der Zählraten, in diesem Beispiel differenziert nach den gewünschten Partikelgrößenintervallen, zwischen dem zweiten Messkanal 20b mit dem unkonditionierten Luftstrom 1b und dem ersten Messkanal 20a mit dem konditionierten Luftstrom 1'a. Anschließend werden die entsprechend aufbereiteten Messergebnisse zur Speicherung und weiteren Versendung an eine Speicher- und Übertragungseinheit 9 weitergegeben.
Diese Daten können zum Beispiel über ein LoRaWAN oder andere Funktechniken zu einer Verwaltungszentrale 10 gesendet werden, welche entsprechende Daten von einer Vielzahl von Messgeräten 100 empfängt. Dort können die Daten zentral verwaltet und weiter genutzt werden. Die Verwaltungszentrale 10 kann also entsprechende Partikelgrößenkonzentrationen aus den jeweiligen Messergebnissen von einer Vielzahl von Messgeräten 100 empfangen und überwachen. So kann zum Beispiel für eine Schule ein zentrales Überwachungssystem aller Klassenräume bewerkstelligt werden, wenn in jedem Klassenraum ein entsprechendes Messgerät 100 vorhanden ist.
Die Messgeräte 100 können durch eine Energieversorgung 11, die zum Beispiel über ein PV-Modul oder andere Harvesting-Technologien betrieben wird, versorgt werden. Diese Energieversorgung versorgt alle Komponenten des Messgerätes 100 mit elektrischer Energie, so dass das Messgerät 100 energieautark, also kabellos, betrieben werden kann. Alternativ ist auch ein Batteriebetrieb möglich. Ein kabelloser Betrieb des Messgerätes 100 ist insbesondere für dessen flexiblem Einsatz besonders vorteilhaft. So können die Messgeräte 100 in vorhandenen Räumlichkeiten sehr einfach und an jeder Stelle des Raums ohne weiteren Verkabelungsaufwand positioniert werden. Diesbezüglich sollte noch erwähnt werden, dass die gezielte Steuerung der Heizelemente 3a, 3b nicht nur für die Genauigkeit der Messung, sondern auch zum Energiesparen beiträgt, was insbesondere bei einem batteriebetriebenen bzw. elektrisch autarken Messgerät 100 von Bedeutung sein kann, um die Betriebszeit zu verlängern.
2 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform des Messgeräts 100, welches nicht wie in 1 mit einen parallelen Anordnung der Messkanäle 20a, 20b, sondern mit einer seriellen Anordnung der Messkanäle 20a, 20b arbeitet. Hierzu wird der zweite Luftstrom 1b zunächst über eine Einlassöffnung 16b in den zweiten Aerosolpartikelsensor 5b geleitet, um dort die Referenzmessung durchzuführen. Anschließend wird der zweite Luftstrom 1b aus dem zweiten Aerosolpartikelsensor 5b in die erste Konditionierstrecke 2a mit dem Heizelement 3a eingeleitet. Dort wird der Luftstrom durch Betreiben des Heizelements 3a konditioniert, um als konditionierter erster Luftstrom 1'a in den sequenziell bzw. seriell zum zweiten Messkanal 20b angeordneten ersten Messkanal 20a einzutreten. In dem ersten Messkanal 20a befindet sich auch hier ein Sensor 4a zur Messung von Luft-Parametern, zum Beispiel zur Temperatur- und/oder Luftfeuchtemessung. Anschließend tritt der konditionierte erste Luftstrom 1'a in den ersten Aerosolpartikelsensor 5a ein. In dem ersten Aerosolpartikelsensor 5a wird nun die Partikelgrößenverteilung des konditionierten Luftstroms 1'a gemessen. Anschließend tritt der erste Luftstrom am Abluftausgang 6a, gefördert durch den optionalen Lüfter oder Ventilator 17a aus dem Messgerät aus. Andere Methoden zur Förderung der Luftströme sind jedoch auch möglich. Die Bearbeitung und Verwaltung der aus den Messergebnissen berechneten Partikelkonzentrationen der flüssigen Aerosolpartikel des seriell aufgebauten Zweikanal-Messgerätes 100 erfolgt entsprechend dem parallel aufgebauten Zweikanal-Messgerät 100 aus 1. Gleiches gilt u.a. für die Energieversorgung 11.
Mit anderen Worten sind in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Aerosolpartikelsensoren 5a, 5b hintereinander geschaltet. Eine solche Anordnung funktioniert grundsätzlich auch, allerdings wird die Parallelschaltung gemäß 1 bevorzugt, da bei einer seriellen Anordnung die Möglichkeit bestehen könnte, dass feste Bestandteile der Aerosollast, zum Beispiel durch van-der-Waals-Kräfte an den Wänden anhaften und dadurch die Messung verfälscht werden könnte. Unter der Annahme, dass die Aerosollast in beiden Messkanälen 20a, 20b gleich verteilt ist, hat die parallele Ansaugung gemäß 1 den Vorteil, dass bei identischer Geometrie der beiden Messkanäle 20a, 20b solche unerwünschten Effekte in gleicher Weise in beiden Messkanälen 20a, 20b auftreten sollten, und sich dann in der Differenzbildung wiederum eliminieren. Vorzugsweise ist bei der beispielhaft gezeigten Parallelschaltung der einzige funktionale Unterschied zwischen den beiden Messkanälen 20a, 20b, dass in dem zweiten Referenzmesskanal 20b das Heizelement 3b nicht bestromt wird.
Bezug nehmend auf 3 ist ein einfacher Prototyp eines Aerosolpartikelsensors 5a, 5b dargestellt. Der Luftstrom tritt durch eine Eintrittsöffnung 51 in den Aerosolpartikelsensor 5a/b ein und durchströmt den im Messbetrieb geschlossenen Innenraum 52. Ein fokussierter Laser 53 durchstrahlt das Messvolumen, dass sich in dem Innenraum 52 befindet. Dabei wird das Laserlicht an den Aerosolpartikeln, in der in dem Innenraum 52 befindlichen Luft gestreut, wobei der Streuwinkel von der jeweiligen Partikelgröße abhängt. Hierbei erzeugen feste und flüssige Aerosolpartikel jeweils ähnliche Messsignale, so dass sie für einen solchen einfachen Aerosolpartikelsensor nicht oder kaum zu unterscheiden sind. Der Prototyp des Aerosolpartikelsensors 5a, 5b umfasst zwei Photodioden 54, 55, eine unter 45° und eine unter 135°, um unter unterschiedlichen Streuwinkeln zu messen. Hierdurch können die Zählraten in unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen gemessen werden. Der Laserstrahl 56 kann durch eine Austrittsöffnung 57 aus dem Aerosolpartikelsensor 5a, 5b wieder austreten und kann geeignet vernichtet werden.
Bezug nehmend auf 4 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines der Messkanäle 20a, 20b dargestellt. Innerhalb eines Umgehäuses 61 ist der jeweilige Aerosolpartikelsensor 5a, 5b eingebaut. Als Heizelement 3a, 3b kann zum Beispiel eine Halogenglühbirne, in diesem Beispiel mit einer Nominalleistung von 6 Watt, verwendet werden. Andere Heizelemente zur Konditionierung sind jedoch ebenfalls möglich. Das Heizelement 3a, 3b ist in einem Strömungskanal 62 in dem Umgehäuse 61 vor der Ansaugöffnung 16a, 16b angeordnet, es könnte aber auch hinter der Ansaugöffnung 16a, 16b integriert werden. Somit kann der in das Gehäuse 61, 64 angesaugte Luftstrom 1a, 1b mittels der Heizquelle 3a, 3b durch Erwärmung konditioniert werden, um flüssige Aerosolpartikel zu verdunsten oder zu verdampfen, bevor diese in den Aerosolpartikelsensor 5a, 5b eintreten, sofern - im Falle des Messkanals 20a - das Heizelement 3a aktiviert ist. Das Gehäuse 61, 64 kann auch als ein einheitliches Gehäuse ausgebildet sein.
Abschließend kann der Luftstrom 1'a, 1b durch die Ausblasöffnung 6a, 6b wieder austreten, wobei die Ansaugöffnung 16a, 16b und die Ausblasöffnung 6a, 6b durch eine Wand 63 des Strömungskanals 62 hinreichend voneinander getrennt sind. In dem Innengehäuse 64 des Aerosolpartikelsensors 5a, 5b sorgt ein Lüfter 17a, 17b für ein aktives Ansaugen des Luftstroms durch die Ansaugöffnung 16a, 16b und Ausblasen aus der Ausblasöffnung 6a, 6b.
Das Messgerät 100 gemäß 1 umfasst schließlich zwei der in 4 dargestellten Messkanäle, einen als ersten Messkanal 20a, bei welchem der Luftstrom 1a mit dem Heizelement 3a konditioniert wird und einen dazu parallel geschalteten zweiten Messkanal 20b, bei welchem das Heizelement 3b zur Referenzmessung nicht angeschaltet wird.
Mit dem so vorgeschlagenen Messgerät 100 mit zwei Messkanälen 20a, 20b können also feste von flüssigen Aerosolpartikeln unterschieden werden, obwohl jeder einzelne Aerosolpartikelsensor 5a, 5b für sich genommen diese Aerosolpartikel nicht oder kaum unterscheiden könnte. Dazu werden die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten, im speziellen Wasser, und Feststoffen ausgenutzt. Ein wesentlicher Unterschied zwischen Wasser und Feststoffen, ist die Eigenschaft von Wasser zu verdunsten oder zu verdampfen. Damit Wasser verdunstet oder verdampft, muss der Sättigungsdampfdruck größer sein als der Partialdruck. Um die Verdunstungs- oder Verdampfungsrate zu erhöhen, genügt es also, z.B. die Temperatur des Luftstroms mittels des Heizelements 3a zu erhöhen. Hierdurch steigt der maximal mögliche Dampfdruck in dem ersten Messkanal 20a und die Wassertröpfchen verdunsten schneller. Um nun Feinstaub von Atemaerosolen zu unterscheiden, wird also insbesondere eine Differenzmessung mit zwei Messkanälen 20a, 20b bzw. zwei Aerosolpartikelsensoren 5a, 5b vorgenommen. Die Aerosolpartikelsensoren 5a, 5b verfügen optional jeweils über eine aktive Luftführung, wobei die Raumluft mittels eines Mikrolüfters 17a, 17b angesaugt wird. Der Mikrolüfter 17a, 17b sitzt zum Beispiel an der Ausblasöffnung 6a, 6b in dem Innengehäuse 61. Durch den erzeugten Unterdruck strömt der jeweilige Luftstrom durch den zugehörigen Aerosolpartikelsensor 5a, 5b. Die in dem Aerosol enthaltenen Partikel werden qualitativ und quantitativ optisch erfasst und ausgewertet und können zum Beispiel als Histogramm dargestellt werden.
Mit anderen Worten, saugt einer der beiden Aerosolpartikelsensoren 5b die unkonditionierte Luft 1b aus der Raumluft an, wohingegen der andere der beiden Aerosolpartikelsensoren 5a, die mittels der Halogenglühbirne 3a erhitzte Luft 1'a ansaugt, in welcher zumindest ein Teil der Flüssigkeitströpfchen bzw. flüssigen Aerosolpartikel verdampft sind, jedoch die festen Aerosolpartikel durch die Erwärmung im Wesentlichen unverändert bleiben. Aus der Differenz der beiden Messungen kann folglich der Anteil bzw. die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel berechnet werden.

Für den in 4 dargestellten Messkanal 20a, 20b des Messgeräts 100 wurden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein sogenannter Feinstaubsensor des Typs SPS30 der Firma Sensirion als Aerosolpartikelsensor 5a, 5b verwendet (vgl. www.sensirion.com). Die Feinstaubsensoren des Typs SPS30 der Firma Sensirion nutzen eine Laserquelle und bestimmte Algorithmen, um die Massenkonzentration (Mikrogramm/Kubikmeter) und die Mengenkonzentration (Partikelanzahl/Kubikzentimeter) von folgenden Partikeln zu messen:

Massenkonzentration:	PM 1.0 (300 nm-1 µm), PM 2.5 (300 nm-2,5 µm), PM 4 (300 nm-4 µm) und PM 10 (300 nm-10 µm).
Mengenkonzentration:	PM 0.5 (300 nm-500 nm), PM 1.0 (300 nm-1 µm), PM 2.5 (300 nm-2,5 µm), PM 4 (300 nm-4 µm) und PM 10 (300 nm-10 µm).

Diese kommerziell verfügbaren Feinstaubsensoren verwenden einen scharf fokussierten Laser, welcher gegenüber ähnlichen Produkten, die nur mit einer LED als Lichtquelle arbeiten, Vorteile aufweisen. Z.B. können die Größe und Anzahl der einzelnen Partikel genau detektiert werden. Damit ist eine bessere Unterscheidung von Größenfraktionen auch bei der Vergleichsmessung möglich.

Bezug nehmend auf 5 ist das grundsätzliche Messprinzip eines Laserstreusensors 5a, 5b dargestellt, welches auch dem Prototypen in 3 zugrunde liegt. Der von dem Laser 53 erzeugte Laserstrahl 56 wird mit dem Luftstrom gekreuzt. Das monochromatische Licht 56 wird an den in dem Luftstrom enthaltenen Partikeln 58 unter Streuwinkeln gestreut, die von der jeweiligen Partikelgröße abhängen. Das gestreute Licht wird mit einem oder mehreren Detektoren 54, 55 nachgewiesen, und der Laserstrahl 56 wird anschließend in einem Lichtstop 59 vernichtet.
Bezug nehmend auf 6 erzeugt eine solche Streumessung an einem Partikelensemble mit unterschiedlichen Partikelgrößen und -dichten in dem Detektor 54, 55 als Funktion der Zeit (x-Achse) entsprechende Messsignale (y-Achse), wobei der Abstand der Pulse (Frequenz) mit der Partikelkonzentration und die Pulsamplitude mit der Partikelgröße in Beziehung stehen.
Bezug nehmend auf 7 wurde eine Testmessung in einem abgeschlossenen Volumen durchgeführt. Es wurde einfach die in dem Luftvolumen befindliche Luft mit dem Zweikanal-Messgerät 100 mit paralleler Sensoranordnung über einen bestimmten Zeitraum gemessen. Die y-Achse zeigt die Differenz der Zählraten des zweiten Aerosolpartikelsensors 5b (ohne Betrieb der Heizung 3b) und des ersten Aerosolpartikelsensors 5a (mit eingeschalteter Heizung 3a). Die x-Achse repräsentiert die Zeitachse, wobei in Einheiten von 30 Sekunden gemessen und integriert wurde. Die Messung erfolgte also über einen Gesamtzeitraum von etwa 42 Minuten. Es ist zu sehen, dass die Differenz der beiden Messwerte zwar schwanken, sich aber - insbesondere im Vergleich zu der nachfolgend noch erläuterten Messung in 8 - im Rahmen der Statistik im Wesentlichen um Null bewegt.
Bezug nehmend auf 8 wurde eine weitere Testmessung an einem abgeschlossenen Luftvolumen mit derselben Messanordnung wie in 7 durchgeführt. Hierbei hat eine Person nun aber immer wieder in das Messvolumen hineingeatmet oder hineingehustet. Die x-Achse zeigt wiederum den Zeitverlauf, bei dem jedes Inkrement eine Zeitdauer von 30 Sekunden repräsentiert, sodass eine Gesamtmessdauer von etwa 115 Minuten dargestellt ist. Es ist deutlich zu erkennen, dass der dargestellte Differenzwert der Zählraten zwischen dem zweiten und dem ersten Sensor 5b, 5a im Laufe der Messung deutlich ansteigt. D.h., es konnte mit dem Zweikanal-Messgerät 100 u.a. quantifiziert werden, wie mit jedem Hinein-Atmen in das Messvolumen die damit verbundene Erhöhung der Konzentration an flüssigen Aerosolpartikeln angestiegen ist. Erstaunlich ist auch zu sehen, dass innerhalb der Messzeit von etwa 115 Minuten im Wesentlichen keine Sättigung erreicht worden ist, was darauf hindeutet, dass sich die hineingeatmeten flüssigen Atemaerosolpartikel sehr lange schwebend in der Luft halten können. Manche zu sehenden sprunghaften Anstiege in dem Differenz-Messsignal korrelieren mit einem beabsichtigten Hinein-Husten durch die Person, die die Messung durchgeführt hat.
In weiteren Testmessungen konnte sogar bereits der positive Einfluss einer Mund-Nase-Maske auf die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel nachgewiesen werden.
9 zeigt eine Kontrollmessung mit einem der beiden Messkanäle 20a, 20b ohne Konditionierung des Luftstroms und ohne Differenzbildung im Vergleich zu einer CO₂ Messung. Für die Kontrollmessung gemäß 9 wurde unter idealisierten Bedingungen in ein Messvolumen hineingeatmet. Für diesen Schnellversuch wurde ein R² von 0,91 ermittelt. Obwohl bereits eine gute Korrelation zu erkennen ist, lassen sich mit der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu einer CO₂-Messung jedoch bessere bzw. detailliertere und genauere Messungen bzw. Untersuchungen, z.B. in größeren Räumen mit Personen erzielen.
Besonderes Augenmerk wird bei der vorliegenden Erfindung auf die Messung von Aerosolpartikeln in einem Größenbereich der Aerosolpartikel gerichtet, die beim Atmen ausgestoßen werden. Atemaerosole weisen typischerweise Partikelgrößen im Bereich von etwa 50 nm bis 5 µm auf. Der Messbereich der für das Messgerät 100 verwendeten Aerosolpartikelsensoren 5a, 5b, die ursprünglich als Feinstaubsensoren konzipiert wurden, liegt in dem vorliegenden bespielhaften Zweikanal-Messgerät 100 zwischen 300 nm und 10 µm und überdeckt somit einen weiten Bereich der Partikelgrößenklassen von typischen Atemaerosolen.
Zusammenfassend erlaubt das hier offenbarte Messverfahren bzw. Zweikanal-Messgerät 100 eine selektive Bestimmung der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft und ist damit sensitiv für die bei der Atmung entstehenden Aerosole. Die in 8 dargestellte differenzielle Messung ist äußerst vielversprechend und zeigt, dass die Grundannahme, dass Bioaerosole bzw. Atemaerosole durch Wärmeeintrag wirksam verdunstet oder verdampft werden können, zutreffend ist. Die differenzielle Messung zeigt ebenso, dass die Schätzung des Aerosoleintrags über den CO₂-Gehalt der Luft nur in engen Grenzen funktioniert. Sprechen, Husten etc. haben einen vergleichsweise geringen Einfluss auf den Anstieg der CO₂-Konzentration, aber einen vergleichsweise großen Einfluss auf die Aerosollast. All das konnte mit dem hier offenbarten Verfahren, bzw. Zweikanal-Messgerät 100 bereits untersucht werden.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. Ferner gelten Merkmale die in Zusammenhang mit dem Verfahren offenbart sind auch für das Gerät offenbart und vice versa.

Claims

Verfahren zum Messen der Konzentration von Atemaerosolen in der Umgebungsluft, insbesondere zur Überwachung der Luftqualität in geschlossenen Räumen, mit folgenden Schritten: a) Fördern eines ersten Luftstroms (1a) aus der Umgebungsluft (1), die ein gemischtes Aerosol aus festen und flüssigen Aerosolpartikeln (58) enthält, b) Konditionieren des ersten Luftstroms (1a), um zumindest einen Anteil der flüssigen Aerosolpartikel in dem ersten Luftstrom (1a) zu verdunsten oder verdampfen, c) Messen einer ersten Zählrate von Aerosolpartikeln (58) in dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a), d) Fördern eines Referenz-Luftstroms (1b) aus der Umgebungsluft (1), die das gemischte Aerosol aus festen und flüssigen Aerosolpartikeln (58) enthält, e) Messen einer zweiten Zählrate von Aerosolpartikeln (58) in dem Referenz-Luftstrom (1b) als Vergleichswert, f) Vergleichen der ersten und zweiten Zählrate der Aerosolpartikel (58) in dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a) und dem Referenz-Luftstrom (1b) und g) Bestimmen der Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel (58) in der Umgebungsluft unter Berücksichtigung des Vergleichs der Zählraten der Aerosolpartikel in dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a) und dem Referenz-Luftstrom (1b).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei zum Vergleichen der Zählraten der Aerosolpartikel (58) in dem Schritt f) eine Differenz aus der ersten und zweiten Zählrate gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der konditionierte erste Luftstrom (1'a) und der Referenz-Luftstrom (1b) parallel oder seriell zu unterschiedlichen Aerosolpartikelsensoren (5a, 5b) geführt werden oder wobei der konditionierte erste Luftstrom (1'a) und der Referenz-Luftstrom (1b) zeitlich versetzt zu demselben Aerosolpartikelsensor (5a/b) geführt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Schritt c) erste Zählraten jeweils gesondert in einem ersten und zweiten unterschiedlichen Partikelgrößenintervall gemessen werden, wobei in dem Schritt e) zweite Zählraten jeweils gesondert in dem ersten und zweiten unterschiedlichen Partikelgrößenintervall gemessen werden, wobei in dem Schritt f) die ersten und zweiten Zählraten jeweils gesondert in dem ersten und zweiten Partikelgrößenintervall miteinander verglichen werden, wobei in dem Schritt g) die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel jeweils gesondert in dem ersten und zweiten Partikelgrößenintervall unter Berücksichtigung des Vergleichs der jeweils zugehörigen ersten und zweiten Zählraten der Aerosolpartikel (58) bestimmt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Schritt c) erste Zählraten jeweils gesondert in einer Vielzahl von unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen gemessen werden, wobei in dem Schritt e) zweite Zählraten jeweils gesondert in einer Vielzahl von unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen gemessen werden, wobei in dem Schritt f) die ersten und zweiten Zählraten jeweils gesondert in den zugehörigen Partikelgrößenintervallen miteinander verglichen werden, wobei in dem Schritt g) die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel jeweils gesondert in den zugehörigen Partikelgrößenintervallen unter Berücksichtigung des jeweiligen Vergleichs der Zählraten der Aerosolpartikel (58) in den jeweils zugehörigen Partikelgrößenintervallen bestimmt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in dem Konditionierungs-Schritt b) gezielt nur ausgewählte Teilbereiche von Größen der flüssigen Aerosolpartikel verdunstet oder verdampft werden und andere Teilbereiche von Größen der flüssigen Aerosolpartikel nicht verdunstet oder verdampft werden, insbesondere indem die Wechselwirkungszeit des ersten Luftstroms (1a) mit einem Heizelement (3a) und/oder die Temperatur des ersten Luftstroms (1a) entsprechend gezielt eingestellt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein physikalischer Parameter der Umgebungsluft, insbesondere die Temperatur und/oder die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft gemessen wird und in dem Schritt g) die absolute Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft unter Berücksichtigung des zumindest einen physikalischen Parameters bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder zweite Zählrate mittels Laserstreuung an dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a) bzw. dem Referenz-Luftstrom (1b) gemessen werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Aerosolpartikel (58) mit Größen nachgewiesen werden, die zumindest teilweise im Bereich von 50 nm bis 10 µm, vorzugsweise im Bereich von 300 nm bis 5 µm, vorzugsweise im Bereich von 500 nm bis 3 µm liegen.
Gerät (100) zum Messen der Konzentration von Atemaerosolen in der Umgebungsluft (1), insbesondere zur Überwachung der Luftqualität in geschlossenen Räumen, mit Einrichtungen, die hergerichtet sind, das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Aerosolmessgerät (100) zum Messen der Konzentration von flüssigen Aerosolen in der Umgebungsluft (1), insbesondere zur Überwachung der Luftqualität in geschlossenen Räumen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: zumindest eine erste Konditionierstrecke (2a) für einen ersten Luftstrom (1a), in der flüssige Aerosolpartikel in dem ersten Luftstrom (1a) verdunstet oder verdampft werden, um einen konditionierten ersten Luftstrom (1'a) zu erhalten, einen ersten Messkanal (20a) mit einem Aerosolpartikelsensor (5a) zum Messen einer ersten Zählrate von Aerosolpartikeln (58) in dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a), einen Referenz-Messkanal (20b) mit einem Aerosolpartikelsensor (5b) zum Messen einer zweiten Zählrate von Aerosolpartikeln (58) in einem Referenz-Luftstrom (1b), eine Auswerteeinrichtung (8), welche dazu hergerichtet ist, die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft (1) unter Berücksichtigung eines Vergleichs der Zählraten der Aerosolpartikel in dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a) und dem Referenz-Luftstrom (1b) zu bestimmen.
Aerosolmessgerät (100) gemäß Anspruch 11, wobei die erste Konditionierstrecke (2a) ein erstes Heizelement (3a) zum kontrollierten Erwärmen des ersten Luftstroms (1a) aufweist, um flüssige Aerosolpartikel in dem ersten Luftstrom (1a) zu verdunsten oder verdampfen,
Aerosolmessgerät (100) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Auswerteeinrichtung (8) dazu hergerichtet ist, die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Umgebungsluft (1) unter Berücksichtigung der Differenz der Zählraten der Aerosolpartikel (58) in dem Referenz-Luftstrom (1b) und dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a) zu berechnen.
Aerosolmessgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 11-13, wobei der erste Messkanal (20a) und der Referenz-Messkanal (20b) örtlich getrennt mit physikalisch separaten ersten und zweiten Aerosolpartikelsensoren (5a, 5b) ausgebildet und entweder parallel oder seriell angeordnet sind, oder wobei der erste Messkanal (20a) und der Referenz-Messkanal (20b) denselben physikalischen Strömungskanal für den ersten Luftstrom (1a) und den Referenzluftstrom (1b) und/oder denselben physikalischen Aerosolpartikelsensor (5a) nutzen und wobei die erste und zweite Zählrate zeitlich versetzt in demselben physikalischen Strömungskanal, einerseits in einem ersten Zeitintervall mit eingeschaltetem Heizelement (3a) und andererseits in einem Referenz-Zeitintervall mit aus- oder heruntergeschaltetem Heizelement (3a), insbesondere von demselben physikalischen Aerosolpartikelsensor (5a), gemessen werden.
Aerosolmessgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 11-14, wobei der zugehörige Aerosolpartikelsensor (5a, 5b) dazu hergerichtet ist, erste Zählraten jeweils gesondert in einem ersten und zweiten unterschiedlichen Partikelgrößenintervall zu messen, wobei der zugehörige Aerosolpartikelsensor (5a, 5b) dazu hergerichtet ist, zweite Zählraten jeweils gesondert in einem ersten und zweiten unterschiedlichen Partikelgrößenintervall zu messen wobei die Auswerteinrichtung (8) dazu hergerichtet ist, die ersten und zweiten Zählraten jeweils gesondert in dem ersten und zweiten Partikelgrößenintervall miteinander zu vergleichen und die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel jeweils gesondert in dem ersten und zweiten Partikelgrößenintervall unter Berücksichtigung des Vergleichs der jeweils zugehörigen ersten und zweiten Zählraten der Aerosolpartikel (58) zu bestimmen.
Aerosolmessgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 11-15, wobei der zugehörige Aerosolpartikelsensor (5a, 5b) dazu hergerichtet ist, erste Zählraten jeweils gesondert in einer Vielzahl von unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen zu messen, wobei der zugehörige Aerosolpartikelsensor (5a, 5b) dazu hergerichtet ist, zweite Zählraten jeweils gesondert in einer Vielzahl von unterschiedlichen Partikelgrößenintervallen zu messen wobei die Auswerteinrichtung (8) dazu hergerichtet ist, die ersten und zweiten Zählraten jeweils gesondert in zugehörigen Partikelgrößenintervallen miteinander zu vergleichen und die Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel jeweils gesondert in der Vielzahl von Partikelgrößenintervallen unter Berücksichtigung des Vergleichs der jeweils zugehörigen ersten und zweiten Zählraten der Aerosolpartikel (58) zu bestimmen.
Aerosolmessgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 11-16, wobei eine Steuereinrichtung (8) umfasst ist, welche dazu hergerichtet ist, basierend auf vordefinierten Parametern die Konditionierung in der Konditionierstrecke (2a) derart anzusteuern, dass gezielt nur ausgewählte Teilbereiche von Größen der flüssigen Aerosolpartikel verdunstet oder verdampft werden und andere Teilbereiche von Größen der flüssigen Aerosolpartikel nicht verdunstet oder verdampft werden, insbesondere indem die Steuereinrichtung (8) die Wechselwirkungszeit des ersten Luftstroms (1a) mit dem Heizelement (3a) , die Heizleistung des Heizelements (3a) und/oder die Temperatur des ersten Luftstroms (1a) steuert.
Aerosolmessgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 11-17, wobei ein Temperatursensor (4a, 4b, 4c) zum Messen der Temperatur der Luft und/oder ein Luftfeuchtesensor (4a, 4b, 4c) zum Messen der Luftfeuchtigkeit der Luft umfasst sind, und die Auswerteeinrichtung (8) dazu hergerichtet ist, die absolute Konzentration der flüssigen Aerosolpartikel in der Luft unter Berücksichtigung der gemessenen Temperatur und/oder der gemessenen Luftfeuchtigkeit zu bestimmen.
Aerosolmessgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 11-18, wobei der jeweilige Aerosolpartikelsensor (5a, 5b) einen Laser (53) und einen unter einem Streuwinkel angeordneten Photonendetektor (54, 55) umfasst, um die erste und/oder zweite Zählrate mittels Laserstreuung an dem konditionierten ersten Luftstrom (1'a) bzw. dem Referenz-Luftstrom (1b) zu messen.
Aerosolmessgerät (100) gemäß Anspruch 19, wobei der Photonendetektor (54, 55) eine Photodiode, einen CCD-Chip oder einen Photomultiplier umfasst.
Aerosolmessgerät (100) gemäß einem der Ansprüche 11-20, wobei der bzw. die Aerosolpartikelsensoren (5a/5b) dazu ausgebildet sind, Aerosolpartikel mit Größen nachzuweisen, die zumindest teilweise im Bereich von 50 nm bis 10 µm, vorzugsweise zumindest teilweise im Bereich von 300 nm bis 5 µm, vorzugsweise zumindest teilweise im Bereich von 500 nm bis 3 µm liegen.