DE10212110A1 - Verfahren zur Messung von Formaldehydspuren mittels Ionenmobilitätsspektrometrie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das in der Spurengasanalyse, insbesondere in der Ionenmobilitätsspektrometrie, zum Nachweis von Formaldehyd in Luft eingesetzt werden kann. DOLLAR A Das sich normalerweise der Reaktionsionenpeak und der charakterische Formaldehydpeak bei der Ionenmobilitätsspektrometrie überlagern, wird dem Analysengas Ammoniak zugesetzt, was zu einer Bildung eines neuen RIP und der Verschiebung des charakterischen Formaldehydpeaks führt. Damit wird eine quantitative Auswertung des Formaldehydgehaltes möglich.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung und zum Nachweis von Formaldehydspuren in Luft mittels Ionenmobilitätsspektrometrie, das in der Spurengasanalytik eingesetzt werden kann.
• Zu Nachweis von Gasspuren in der Umgebungsluft sind eine Vielzahl von Verfahren Stand der Technik.
• Es ist z. B. bekannt, Gasspuren mittels Gasprüfröhrchen, mittels Gaschromatographie, massenspektrometrischer Untersuchungsverfahren, oder mit IR-Adsorptionsmessungen nachzuweisen.
• Es ist ebenfalls bekannt, zum empfindlichen Nachweis von Spuren von komplexen Verbindungen, z. B. Organika, Sprengstoffe, Kampfstoffe etc. die Ionenmobilitätsspektrometrie einzusetzen.
• Dabei werden einer Ionenquelle bei Luftdruck die einzelnen Komponenten des Gasgemisches ionisiert, die Ionen in einer Driftstrecke nach einem definierten Startimpuls mittels eine elektrischen Feldes definiert beschleunigt und mit einem Ionenkollektor nachgewiesen. Da sich die Ionen der unterschiedlichen Luftinhaltsstoffe unterscheiden nach Größe und Masse, demzufolge eine unterschiedliche Ionenbeweglichkeit aufweisen, existiert für jede Substanz eine chrakteristische Driftzeit. Die Driftzeit, nach der ein Peak am Ionenkollektor nachgewiesen werden kann, ist somit eine Angabe über die Substanz/Substanzgruppe; die Größe des Peaks ein Maß für die Menge der im Analysengas vorhandenen Ionen, somit eine Angabe über deren Konzentration. Da im Driftgas des Ionenmobilitätsspektrometers stets ein gewisser Anteil an Wasser enthalten ist, entstehen in der Ionenquelle neben den Ionen der nachzuweisenden Substanzen auch Reaktionsionen. Diese Reaktionsionen stellen Clusterionen verschiedener Spezies von Wasser H⁺(H₂O)_n dar. Der im IMS im positiven Mode entstehende Peak von H⁺(H₂O)_n wird Reaktionsionenpeak genannt. Dieser Reaktionsionenpeak (RIP⁺) kann in Ionenmobilitätsspektrometern als internes Normal benutzt werden, um eine Kalibrierung des IMS bezüglich Driftzeit und Konzentration vorzunehmen.
• Die Ionenmobilitätsspektrometrie gewährleistet einen zuverlässigen und sehr empfindlichen Nachweis von Spurengasen mittels eines bei Atmosphärendruck arbeitenden Systems bei Nachweisgrenzen bis in den ppt-Bereich; die absolute Nachweisgrenze liegt im pg-Bereich.
• Formaldehyd CH₂O ist ein Umweltgift, ist toxisch und vermutlich krebserregend. Es wurde in der Vergangenheit vielfach in Baustoffen wie Spanplatten und Isolierschäumen eingesetzt. Die MAK liegt bei 0,3 ppm. Wegen der Gefährdungen, die von Formaldehyd ausgehen und seiner weiten Verbreitung ist der Nachweis und die Messung von Formaldehyd eine ständige Aufgabe in der Spurengasanalytik.
• Die Ionenmobilitätsspektrometrie versagt jedoch regelmäßig bei Nachweis von Formaldehyd, da sich der RIP und der charakteristische Peak des Formaldehyd überlagern.
• Es war also Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, das den zuverlässigen und empfindlichen Nachweis von Formaldehyd mittels Ionenmobilitätsspektrometrie ermöglicht.
• Dazu wird erfindungsgemäß dem Analysengaskreislauf eine geringe Menge Ammoniak NH₃ zugemischt. Die Konzentration des Ammoniak sollte zwischen 1 und 10 ppm liegen. Dieses wird dadurch realisiert, daß ein Permeationsröhrchen, das mit Ammoniumcarbonat (NH₄)₂CO₃ gefüllt ist, über eine Membran mit dem Analysengaskreislauf des Ionenmobilitätsspektrometers verbunden wird. Zwischen dem Ammoniak und dem Formaldehyd kommt es zu einer Molekül- Ionen-Reaktion, die kennzeichnend ist für das Vorhandensein beider Substanzen.
• Nachfolgend soll die Erfindung näher erläutert werden.
• Es zeigen
• Fig. 1 den Reaktionenpeak RIP⁺ in Luft
• Fig. 2 den RIP⁺ bei Zugabe von nachzuweisendem Formaldehyd
• Fig. 3 den RIP⁺ bei Zugabe von Ammoniak
• Fig. 4 den RIP⁺ bei Zugabe von Ammoniak sowie die charakteristischen Formaldehyd-Peaks
• Gemäß Fig. 1 liegt der RIP⁺ bei einer Driftzeit von ca. 7 ms. Enthält das Analysengas Formaldehyd (bzw. wird ihm zugemischt) entsteht Fig. 2.
• Hier ist zu erkennen, daß sich der RIP⁺ und die Formaldehydpeaks in der gleichen zeitlichen Lage(Driftzeit) befinden und sich demzufolge überlagern. Das Formaldehyd clustert mit den Luftionen, eine Trennung des Formaldehydpeaks vom RIP⁺ ist problematisch. Eine quantitative Auswertung bezüglich des Formaldehydgehaltes ist nicht möglich.
• Wird dem Analysengas ca. 1 ppm HN₃ zugesetzt, entsteht Fig. 3.
• Es bildet sich ein neuer RIP⁺, der von NH₃-Ionen erzeugt wird. Die Driftzeit ist für die gewählte Gerätekonfiguration ca. 2 ms kürzer als bei reiner Luft.
• Wird in ein solches System (RIP⁺ und NH₃) nachzuweisendes Formaldehyd eingebracht, entsteht Fig. 4: Eine Abtrennung des Reaktionsionenpeaks, gebildet durch Ammoniak, vom Formaldehyd (CH₂O⁺)-Peak erfolgt, wobei der Formaldehydpeak im System Formaldehyd-Luft-Ammoniak gegenüber dem System Formaldehyd-Luft zu größeren Driftzeiten hin verschoben ist. Eine eindeutige Identifizierung ist jedoch möglich und somit auch ein empfindlicher Nachweis mit einer quantitativen Auswertung bezüglich des Formaldehydgehaltes.

Claims (3)

1. Verfahren zur Messung von Formaldehydspuren mittels Ionenmobilitätsspektrometrie, dadurch gekennzeichnet, daß dem Analysengas Ammoniak zugesetzt wird um eine driftzeitmäßige Trennung des Reaktionsionenpeaks vom Formaldehydpeak zu erreichen und anschließend die quantitative Auswertung des so separierten Formaldehydpeaks erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Ammoniak im Analysengas 1-10 ppm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniak mittels eines ammoniumcarbonatgefüllten Permeationsröhrchens über eine semipermeable Membran in den Analysengaskreislauf eingebracht wird.