Abgastests – Gravimetrische Feinstaubbestimmung

Abgastests – Gravimetrische Feinstaubbestimmung

Filterwägen zur gravimetrischen Feinstaubbestimmung in Motorabgasen und Verdunstungsemissionen

Was ist die beste Methode, um beim Filterwägen schnelle und zuverlässige Ergebnisse zu erhalten?

Zunächst ist die Umgebung von Bedeutung. Ihre Waage sollte idealerweise auf einem speziellen Wägetisch in einem Raum mit stabiler Temperatur und kontrollierter Feuchte stehen. Die Filterwäge-Kits für die Mikro- und Ultramikrowaagen von METTLER TOLEDO enthalten eine spezielle Waagschale, die sicherstellt, dass die Filter korrekt auf der Waage platziert werden. Auch durch die korrekte Filterhandhabung mit einer asymmetrischen Pinzette wird gewährleistet, dass Ihre Filterwägeprozesse schnell und effizient durchgeführt werden.

Ich verwende PTFE-Filter, aber meine Waage stabilisiert sich nur schwer und die Zahlen schwanken. Wie lässt sich das erklären?

PTFE-Filter sind besonders anfällig für elektrostatische Aufladung. Die instabilen Zahlen auf Ihrer Waage lassen darauf schliessen, dass elektrostatische Ladungen auf die Wägezelle einwirken. Elektrostatische Ladung kann sich negativ auf die Wägeresultate auswirken. Nutzen Sie vor dem Wägen jedes Filters ein AntiStatik-Kit, um jegliche elektrostatische Ladungen zu beseitigen.

Ich muss verschiedene Filtertypen und -grössen wiegen.

METTLER TOLEDO bietet Filterwägelösungen für Mikrowaagen und Analysenwaagen. Es gibt zwei verschiedene Filterwäge-Kits für Mikrowaagen, mit denen Sie Filter mit einem Durchmesser von 20 bis 70 mm wägen können. Die Kits lassen sich mühelos wechseln. Zum Wägen grösserer Filter mit bis zu 150 mm Durchmesser auf einer Analysenwaage sind zwei Filterhalterlösungen erhältlich.

Wir richten uns nach den Vorschriften, nach denen Filter beim Wägen mittig positioniert sein müssen. Wie kann ich das erreichen?

Die Filterwäge-Kits für Mikrowaagen von METTLER TOLEDO enthalten zwei Filterwaagschalen. Jede weist eine einzigartige Kontur auf, wodurch sichergestellt ist, dass der Filter automatisch mittig positioniert wird. Durch die Positionierung des Filters in der Mitte werden Eckenlastfehler verhindert, sodass reproduzierbare und zuverlässige Ergebnisse gewährleistet sind.

Wie kann ich sichergehen, dass meine SOP für Filterwägen befolgt wird?

In einer regulierten Umgebung sollte für das Filterwägen eine klare SOP vorhanden sein. Allerdings sind manuelle Prozesse fehleranfällig. Und auch bei einem Prozess mit mehreren Schritten kann leicht ein Fehler passieren. Mit der LabX-Software können Sie Ihre eigene SOP für den Filterwäge-Arbeitsablauf erstellen. Die Schritt-für-Schritt-Anweisungen für die SOP werden auf der Waagenanzeige dargestellt. Jeder Schritt muss vom Benutzer bestätigt werden, sodass Sie sich sicher sein können, dass die SOP befolgt wurde.

Welche Waage muss ich verwenden, um genaue Filterwägeresultate zu erhalten?

Die Messunsicherheit spielt bei jeder Waage eine entscheidende Rolle. Das Verständnis dieser Unsicherheit ist wichtig, um genaue Wägeresultate zu gewährleisten. Die Genauigkeit einer Waage wird nicht durch die Ablesbarkeit bestimmt, sondern durch die Wiederholbarkeit. Aufgrund der sehr kleinen Probengewichte beim Filterwägen ist auch die Mindesteinwaage der Waage von entscheidender Bedeutung.

Um die richtige Waage für Ihre Anforderungen zu finden, müssen Sie die kleinste Menge, die Sie einwägen möchten, sowie die erforderliche Genauigkeit kennen (d. h. die gewünschte Toleranz).

Der globale Wägestandard GWP® von METTLER TOLEDO hilft Ihnen dabei, die richtige Waage für Ihre Anforderungen zu finden. Fragen Sie Ihren örtlichen Vertreter nach einer kostenlosen Waagenempfehlung Finden Sie heraus, ob Ihre Waage Ihre Qualitätsanforderungen erfüllt

GWP Recommendation

Wie kann ich die Produktivität beim Filterwägen verbessern?

Die Filterwäge-Kits von METTLER TOLEDO verfügen über Glasdeckel, sodass Sie stets problemlos sehen können, was Sie tun, wenn Sie Filter platzieren oder entfernen. Die Windschutztüren der Mikrowaage können beliebig nach links oder rechts geöffnet werden, was eine ergonomische Handhabung der Filter ermöglicht. Zur weiteren Beschleunigung des Prozesses kann ein SmartSens-Infrarotsensor verwendet werden, um die Türen mit nur einer Handbewegung zu öffnen. Um einen hohen Durchsatz beim Filterwägen zu erreichen, empfehlen wir eine automatisierte Lösung mit dem PFS-ONE-Filterwägeroboter.

Meine Ergebnisse haben fünf oder mehr Dezimalstellen. Wie kann ich Fehler beim Notieren der Ergebnisse vermeiden?

Bei der manuellen Übertragung von Daten und Ergebnissen besteht immer das Risiko von Fehlern. Durch die Verbindung Ihrer Waage mit der LabX-Software können Sie auf die manuelle Übertragung gänzlich verzichten, wodurch das damit verbundene Fehlerrisiko komplett entfällt. LabX übernimmt zudem all Ihre Berechnungen, einschliesslich der Luftauftriebskorrektur, wodurch eine weitere potentielle Fehlerquelle wegfällt. Alle Daten werden sicher in einer zentralen Datenbank gespeichert, sodass eine vollständige Datenintegrität und Rückverfolgbarkeit gewährleistet sind.

Wie kann ich verhindern, dass meine Filter durcheinander geraten? Ich muss auch die Rückverfolgbarkeit sicherstellen.

Es ist überaus wichtig, die Filterkartuschen zu kennzeichnen und sicherzustellen, dass die Ergebnisse dem richtigen Filter zugeordnet werden. Bei einer grossen Anzahl von Filtern kann sich dies als schwierig erweisen. Der Prozess kann erheblich vereinfacht werden, wenn Sie Ihre Waage mit LabX, einem Barcodeleser und einem Drucker verbinden. LabX druckt Barcode-Etiketten automatisch aus. Dank Barcodes sind die Proben eindeutig identifizierbar. LabX nutzt die Barcodes, um das Gewichtsresultat automatisch der richtigen Probe zuzuordnen. Alle Daten werden zur lückenlosen Rückverfolgbarkeit sicher in einer zentralen Datenbank gespeichert. Der Filterwägeroboter PFS-ONE kann in einem vollautomatischen Prozess bis zu 1 000 Filter pro Tag verarbeiten. Dabei erfolgt die gesamte Datenverarbeitung automatisch.

Abgastests

Gehen Sie zu einem der folgenden Abschnitte, um mehr zu erfahren:

  1. Arbeitsablauf der Anwendung und Herausforderungen
  2. Lösungen von METTLER TOLEDO
  3. FAQ

 

Arbeitsablauf für Abgastests

Egal ob Feinstaub in Abgasen, Verdunstungsemissionen, der Atmosphäre oder der Umgebungsluft gemessen wird – der gravimetrische Filterwäge-Abgastest verläuft immer gleich.

1. Zunächst wird im Labor ein leerer Filter auf einer Waage gewogen.
2. Die Filter werden in gekennzeichnete Filterkartuschen geladen, vorkonditioniert und zum Prüfort transportiert.
3. Am Prüfort wird die Luft oder das Gas über eine bestimmte Zeitspanne bei einer bekannten Durchflussrate durch den Filter gezogen. Jeglicher Feinstaub verbleibt auf dem Filter.
4. Im Labor werden die geladenen Filter erneut konditioniert und gewogen.
5. Durch Subtraktion des Gewichts des leeren Filters kann die Masse des Feinstaubs bestimmt werden (Differenzwägen). Die Feinstaubkonzentration wird mithilfe der Durchflussrate der Gas-/Luftprobe berechnet.

Auch wenn der Test nur mit einem Filter durchgeführt werden kann, ist es üblich, den Test mehrmals zu wiederholen und einen leeren Filter als Referenz aufzubewahren, damit im Nachhinein nicht nachgezählt werden muss. Filter können einzeln oder zusammen mit einer mehrstufigen Filtereinheit verwendet werden.

Typischer Arbeitsablauf: Filterwägen

  • Die leeren Filter werden auf einer Laborwaage gewogen
  • Die Filter werden in gekennzeichnete Filterkartuschen geladen
  • Die Filter werden vor dem Abgastest vorkonditioniert
  • Die Kartuschen werden zum Prüfort transportiert
  • Feinstaub kann entweder mit einem einstufigen oder einem mehrstufigen Filter gesammelt werden
  • Es können mehrere Tests durchgeführt werden
  • Im Labor werden die geladenen Filter erneut konditioniert und gewogen
  • Die Masse an Feinstaub wird durch den Gewichtsunterschied bestimmt.
  • Die Feinstaubkonzentration wird mithilfe des Volumens der Gas-/Luftprobe berechnet


Know-how für Abgastests

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) erachtet saubere Luft als Grundvoraussetzung für die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden und hat Richtlinien für bestimmte Luftschadstoffe ausgearbeitet, die in allen WHO-Regionen gelten.

Abgasnormen legen quantitative Grenzwerte für die zulässige Menge spezifischer Luftschadstoffe fest, die über einen festgelegten Zeitraum von bestimmten Quellen ausgestossen werden.

In den USA ist CFR 40 Part 50 Teil des United States Code of Federal Regulations und betrifft nationale Luftqualitätsstandards. Die Occupational Safety and Health Administration (OSHA), Teil des United States Department of Labor, veröffentliche Vorschriften (Standards – 29 CFR) zur Luftqualität, und das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) beschäftigt sich mit der Förderung der Sicherheit und Gesundheit am Arbeitsplatz.

Die Europäische Union hat folgende Richtlinien erlassen: Richtlinie 2008/50/EG über Luftqualität und saubere Luft für Europa; Richtlinie 2008/1/EG über die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung; und Richtlinie 89/654/EWG über Mindestvorschriften für Sicherheit und Gesundheitsschutz in Arbeitsstätten.

Die Automobilbranche ist eine Hauptquelle verschiedener Luftschadstoffe wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx), Feinstaub (Particulate Matter, PM) sowie Treibhausgasen.  Sowohl in der Europäischen Union als auch in den USA gibt es Vorschriften, um Fahrzeugabgase zu kontrollieren. Zudem sind Fahrzeughersteller dazu verpflichtet, Abgastests durchzuführen.

Es gibt zahlreiche Methoden und Richtlinien zum Prüfen der Abgas- und Feinstaubkonzentration. Eine davon ist die gravimetrische Filterwägemethode. Richtlinien und Vorschriften legen die Verfahren fest, mit denen eine genaue, reproduzierbare Filterung von Emissionen sichergestellt wird, und geben an, welche Filter und welche Waage für die in der folgenden Tabelle dargestellte Messung verwendet werden sollen.


Beispiele von Anforderungen der Richtlinie für Wägeausrüstung und empfohlene Waagen:



Richtlinie


Erforderliche
Ablesbarkeit


Erforderliche Wiederholbarkeit
Waage
UltramikroMikro
CFR 40
Part 1065
Prüfverfahren für Motoren0,1 μg2,5 μg /
0,25 μg
 
Richtlinie 2004/26/EGEmission von gasförmigen Schadstoffen und luftverunreinigenden Partikeln aus Verbrennungsmotoren für mobile Maschinen und Geräte1 μg2 μg 
Richtlinie 2005/78/EGEmission gasförmiger Schadstoffe und luftverunreinigender Partikel aus Selbstzündungsmotoren zum Antrieb von Fahrzeugen und die Emission gasförmiger Schadstoffe aus mit Flüssiggas oder Erdgas betriebenen Fremdzündungsmotoren zum Antrieb von Fahrzeugen1 μg (70-mm-Filter) / 0,1 μg (47-mm-Filter)2 μg


Aufgrund zunehmend strengerer Vorschriften und technologisch immer fortschrittlicherer Verbrennungsmotoren ist vorgesehen, dass die Menge an Feinstaub, die in Filtern abgefangen wird, langsam zurückgehen wird. Da Richtlinien in der Regel eine Waage mit einer Ablesbarkeit von 1 μg oder 0,1 μg vorgeben, ist daher eine hochgenaue Ultramikrowaage die einzige Lösung, um die Anforderungen von heute und morgen zu erfüllen.

Schwierigkeiten bei Abgastests
Abgastests durch Experten

Optimale Lösungen für Abgastests

Emissions Testing

Weight of particulate matter collected on filters for Emissions Testing can be extremely low, therefore the weighing procedure has to be performed very accurately. See why METTLER TOLEDO Excellence Micro-balance, equipped with especially developed accessories for filter weighing, is the best choice for Emissions Testing application.
Test auf NVR (nicht flüchtige Rückstände) – Mikrowägeleitfaden
Softwarelösung für Abgastests
Automatisiertes Filterwägen für Abgastests


Was muss ich tun, wenn ich grosse Filter wägen möchte?

Wenn Sie grosse Filter verwenden, z. B. zur Analyse industrieller Filtrationen, eignen sich die praktischen und kostengünstigen Lösungen zum Wägen grosser Filter auf Ihrer Analysenwaage von METTLER TOLEDO. Durch ein zusätzliches Filterwäge-Kit können Filter bis zu 110 mm bequem auf einer Excellence-Analysenwaage von METTLER TOLEDO gewogen werden. Zum Wägen von Filtern bis zu 150 mm wird ein spezieller ErgoClip empfohlen. Beide Lösungen können schnell und unkompliziert an Ihrer Waage installiert werden.

Weighing Large Filters

 

 

 

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zum Thema Abgastests

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