DE2260150C3 - Verfahren und Gerät zur Bestimmung von Feinstaubkonzentrationen - Google Patents
Verfahren und Gerät zur Bestimmung von FeinstaubkonzentrationenInfo
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Meßwerten der Konzentration des lungengängigen
Feinstaubanieils von 0,5 bis 7 μπι, die mit der Kurve für
die Depositionswahrscheinlichkeit in den Lungenalveolen übereinstimmen, in einer Atmosphäre durch
Messung der Stärke des an den Staubteilchen bei Auftreffen des Primärlichtes entstehenden Streulichts,
das unter einem Streuwinkel von 60 bis 80°, vorzugsweise 70°, gegen die Richtung des Primärlichtes
von den Staubteilchen hervorgerufen wird.
Damit ein Streulichtmeßgerät den gewerbehygienisch begründeten Forderungen genügt, muß es mit
einer einzigen Meßwertanzeige eine Aussage darüber liefern, in welcher Konzentration in der untersuchten
Luftprobe Feinstäube vorliegen, die tatsächlich in den Lungenalveolen zurückgehalten werden. Ein für den
vorliegenden Zweck der Bestimmung der Konzentration vonlungengangigen Feinstäuben zwischen 0,5 und
7 μηι Korngröße geeignetes Gerät soll die verschiedenen Feinstaubkorngrößen im gleichen Maße bewerten
wie sie gemäß der Retentionswahrscheinlichkeit in den
Alveolen zurückgehalten werden, d. h. das Gerät muß die am stärksten retinierten Korngrößen am stärksten
bewerten und die wenigerstark relinierten Korngrößen
entsprechend weniger stark.
Streulichtmeßgeräte zur Bestimmung des Feinstaubgehaltes in einer Atmosphäre sind an sich bekannt
(Glückauf90, (1954), S.455 und Glückauf9l (1955),
S. 1405; ferner GB-PS4 61 628 und US-PS 27 91 932).
Der Verlauf der Kurve der Retentionswahrscheinltehkeit (Staub 29 (1969), S. 109) zeigi, daß die Korngröße
des lungengängigen Staubanteils zwischen 0,5 und 7 μηι
liegt. Eigene experimentelle und theoretische Untersuchungen haben aber ergeben, daß diese bekannten
Geräte wegen des Streuwinkels von 30" und der
Anwendung von weißem Primärücht den Nachteil besitzen, daß sie Meßwerte ergeben, die den Feinstaubanteil in der Atmosphäre mit Korngrößen unter 1,5 μηι
zu stark überbewerten, was nicht mit der Retentionswahrscheinlichkeit des Staubes in den Lungenalveolen
als Funktion der Teilchengröße übereinstimmt
Auch ein Gerät gemäß der DE-PS 8 50 245, d?s mit
unterschiedlichen Meßwinkeln und Wellenlängen arbei
ten würde und in erster Linie der Korngrößenanalyse
dienen soll, ermöglicht nicht, die Gesamtheit des lungengängigen Feinstaubes mit der vorstehend erwähnten . Bewertung der Komgrößenanteile durch
einen einzigen Meßwert zu charakterisieren, ganz
abgesehen davon, daß diese Patentschrift die irreführende Lehre gibt, daß gröbere Stäube mehr in der
Strahlenrichtung beugen als kleinere Stäube. Diese Lehre würde auf eine Verkleinerung des Meßwinkels
eines 30°-Tyndalloskops hinweisen, wenn bevorzugt
gröbere Stäube erfaßt werden sollen. Man kann nicht
Proben verschiedener Korngrößenzusammensetzungen herstellen und nach dem Verfahren der DE-PS 8 50 245
mit dem Ziel untersuchen, den Meßwinkel und die Wellenlänge zu ermitteln, die für die Probe einer der
Kurve der Retentionswahrscheinlichkeit entsprechenden Zusammensetzung die höchste Streulichtintensität
liefert Geräte, die Proben unterschiedlicher Zusammensetzung so zu erzeugen vermögen, daß sie dem
funktionellen Verlauf der Retentionskurve entsprechen,
gibt es nicht Auch in <ler Natur gibt es keine Stelle, an der derartige Stäube ständig in konstant auftretender
Zusammensetzung vorkommen.
Immerhin bestätigt das Verfahren nach der DE-PS 8 50 245 die auch theoretisch behandelte Erkenntnis,
daß die Streulichtintensität bei konstanter Korngröße vom Streuwinkel und von der Primärwellenlänge
abhängig ist.
Es wurde bisher in Fachkreisen auch angenommen, daß die Streulichtausbeute bei der Lichtstreuung an
allen Feinstäuben außer von deren Korngrößenverteilung vor allem von deren Materialeigenschaften, also
den optischen Konstanten, abhängt und daß die Wahl des Wellenlängenbereiches des Primärlichtes und des
Streuwinkels von untergeordneter Bedeutung ist.
Demgegenüber Jiat sich gezeigt, daß die Streulichtuusbeute bei der Lichtstreuung an Fcinsiäuben, insbesondere des Steinkohlenbergbaus, von den Materialeigenschaften weitgehend unabhängig ist und daß die
funktioneile Abhängigkeit von der Korngröße der
Staubteilchen nur durch den Sircuwinkel und die
Wellenlänge des Primärlichtes bestimmt wird.
Der funktioneile Zusammenhang zwischen .Streulichtausbeute, die ein Maß für die Feinstaubkonzentration
ist, und Teilchengröße des Feinstaubes wird durch den
Nach neueren biologischen Erkenntnissen ist für die Beurteilung des Feinstaubes nicht so sehr die Retention
als vielmehr die alveolare Deposition der Feinstaublcilchen wichtig. Die Depositionskurve, die ebenfalls eine
μ Funktion der Teilchengröße des Feinstaubes ist, verläuft
gegenüber der Retentionskurve mit einem zu größeren Teilchendurchmessern verschobenen Maximum, wobei
der genaue Verlauf der Depositionskurve von der biologischen Forschung noch festgelegt werden muß.
Um eine aussagekräftige fotometrische Bewertung der Lungengängigkeit des Feinstaubes zu erhalten, muß die
Möglichkeit bestehen, die bei der Messung der Staubkonzentration entstehende Kurve für die Streu-
lichtausbeute möglichst in Übereinstimmung mit der
Kurve für die Pepositionswahrscheinlichkeit von
Feinstaub in den Lungenalveolen zu bringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit optischen Mitteln Meßwerte für die Feinstaubkonzentration
zu erhalten, welche mit der Depositionswahrscheinlichkeit der Feinstaubmenge in den Lungenalveolen
möglichst gut übereinstimmt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß das Primärlicht eine Wellenlänge von 1000 bis 2000 nm besitzt
Mit Hilfe eines mittleren Streuwinkels von 60 bis 80°, vorzugsweise von 70", gegejr die Richtung des in die
Meßkammer einfallenden Primärlichtes und Verwendung langwelligen infraroten Lichtes mit einer Wellenlänge
von etwa 1000 bis 2000 nm ist es möglich, die Kurve für die Streulichtausbeute in Abhängigkeit von
der Teilchengröße des Feinstaubes an die Kurve für die Depositionswahrscheinlichkeit des Feinstaubes in den
Lungenaveoien anzupassen.
Die nach neueren Forschungen ermittelte D.?positionskurve,
die wahrscheinlich nach biologischen Erkenntnissen in ihrer Aussagekraft höher zu bewerten ist
als die Retentionskurve, weist ein Maximum auf, das gegenüber dem der Retentionskurve nach größeren
Teilchendurchmessern hin verschoben ist
Mit der Erfindung gelingt es, unter Verzicht auf eine größtmögliche Empfindlichkeit, Nachweiswahrscheinlichkeitsverteilungen
hinsichtlich der Teilchengröße zu erhalten, die der Kurve für die physiologische
bedeutsame alveolare Depositionswahrscheinlichkeit ähnlich sind oder sich dieser annähern lassen.
Bisher ging man von der Überlegung aus, daß optische Meßmethoden sich als sinnvolle Ergänzung
den gravimetrischen Messungen anzupassen hätten damit das Streulichtsignal jedes einzelnen Teilchens
proportional zu seinem Volumen ist, und zwar abhängig von der Teilchengröße. Zu diesem Zweck hätte jedoch
vor den Eingang des Photometers ein Zyklon geschaltet werden müssen das den Grobstaub vom lungengängigen
Feinstaub trennt
Überraschenderweise erzielt man eine solche Filterwirkung
auf ausschließlich optischem Wege und ohne
VorfiUerung, wenn man bei einem Streulichtwinkel im
Bereich um 70° langwelliges infrarotes Licht verwendet Hierdurch wird eine Verschiebung der Streulichtausbeutekurve
in der Weise erreicht daß sich das Maximum der Streulichtausbeute in Richtung der
größeren Teilchendurchmesser verschiebt
Anhand der Zeichnung sei die Erfindung und ein Gerät zu ihrer Durchführung näher erläutert Die
Abbildung stellt den Strahlengang im erfindungsgemäßen Gerät dar. Das Gerät ist mit einer Lichtquelle 1
bestückt die ein Lichtbündel mit einer Wellenlänge von 1000 bis 2000 nm aussende.
Gemäß der Abbildung fällt von einer Infrarot-Lichtquelle 1 durch den Kondensor 2 ein Lichtbündel auf
einen Spiegel 3, der es in das zur Meßkammer 13 abgelenkte Primärlicht 5 und das geradeausgehende
Vergleichslicht 10 teilt Das Primärlicht 5 tritt durch das Eintrittsfenster 4 in die Meßkammer 13 ein und trifft
hier auf die Staubteilchen. Die in der Kammer getroffenen Staubteilchen senden ein Streulicht 6 aus.
Als Meßlicht wird der Anteil des Streulichtes benutzt der beispielsweise unter einem Winkel von 70° zum
Primärlicht 5 durch das Austrittsfenster 7 sowie durch verschiedene Linsen und Prismen zum Empfängersystem
12 gelangt Seine Stärke wird mit einem fotoelektrischen System 12 bestimmt, das entweder aus
einem Photoempfänger besteht, der alternierend vom Meß- und Vergleichslicht getroffen wird, oder aus zwei
gleichartigen Photoempfängern in Kompensationsschaltung, von denen der eine das Vergleichs- und der
andere das Meßlicht empfängt
Das Vergleichslicht 10 selbst geht durch zwei Polarisationsfolien 8, so daß seine Stärke durch Drehen
des Analysators 9 meßbar verändert werden kann. Als Maß für die Stärke des Streulichtes dient die für den
Abgleich von Meß- und Vergleichslicht erforderliche Variation der Intensität des Vergleichslichtes, die durch
die Winkelstellung des Analysators 9 gegeben ist. Die Anzeige gleicher Helligkeit von Meß- und Vergleichslicht erfolgt über ein Zeigerinstrument 14, das den
Empfänger 12 über einen Verstärker 15 nachgeschaltet ist und das bei vollzogenem Abgleich die Stellung
»Null« einnimmt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zur Bestimmung von Meßwerten der Konzentratjon des lungengängigen Fejnstaubanteils
von 0j5 bis 7μητ, die mit der Kurve für die
Depositionswahrscheinlichkeit in den Lungenalveolen übereinstimmen, in einer Atmosphäre durch
Messung der Stärke des an dem Staubteilchen bei Auftreffen des Primärlichtes entstehenden Streulichtes, das unter einem Streuwinkel von 60 bis 80°,
vorzugsweise 70°, gegen die Richtung des Primärlichtes von den Staubteilchen hervorgerufen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Primärlicht eine Wellenlänge von 1000 bis 2000 nm besitzt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Veränderung der Wellenlänge des Primärlichtes im Bereich von 1000 bis
2000 nm die Kurve für die Streulichtausbeute an die Depositionskurve angepaßt wird.
3. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus einer
Meßkammer mit einem Austrittsfenster, das nur das unter einem Streuwinkel von 60 bis 80°, vorzugsweise 70°, gegen die Richtung des Primärlichtes von den
Staubteilchen hervorgerufene Streulicht austreten läßt, einer Lichtquelle, einem Empfängersystem und
einer Versorgungs- und Meßelektronik, dadurch gekennzeichnet, daß die das Primärlicht liefernde
Lichtquelle (t) ein Lichtbündel mit einer Wellenlänge von 1000 bis 2000 nm aussendet.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722260150 DE2260150C3 (de) | 1972-12-08 | 1972-12-08 | Verfahren und Gerät zur Bestimmung von Feinstaubkonzentrationen |
GB207873A GB1388212A (en) | 1972-12-08 | 1973-01-15 | Measurement of fine dust concentrations |
FR7301706A FR2210290A6 (de) | 1972-12-08 | 1973-01-18 | |
JP48017543A JPS4990984A (de) | 1972-12-08 | 1973-02-14 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19722260150 DE2260150C3 (de) | 1972-12-08 | 1972-12-08 | Verfahren und Gerät zur Bestimmung von Feinstaubkonzentrationen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2260150A1 DE2260150A1 (de) | 1974-06-12 |
DE2260150B2 DE2260150B2 (de) | 1979-11-15 |
DE2260150C3 true DE2260150C3 (de) | 1980-08-07 |
Family
ID=5863915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19722260150 Expired DE2260150C3 (de) | 1972-12-08 | 1972-12-08 | Verfahren und Gerät zur Bestimmung von Feinstaubkonzentrationen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2260150C3 (de) |
-
1972
- 1972-12-08 DE DE19722260150 patent/DE2260150C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2260150A1 (de) | 1974-06-12 |
DE2260150B2 (de) | 1979-11-15 |
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