Emissionstests sind ein wichtiges Verfahren zur Messung und Kontrolle der Luftverschmutzung durch Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, Kraftwerke und andere motorisierte Geräte, die Abgas- und Verdunstungsemissionen erzeugen.
Feinstaub (PM), auch bekannt als Partikelverschmutzung, ist der allgemeine Begriff, der verwendet wird, um feste Partikel und Flüssigkeitströpfchen in der Luft zu beschreiben. Einmal eingeatmet, können diese Partikel Herz und Lunge beeinträchtigen und ernsthafte gesundheitliche Probleme verursachen. Die Partikelklassen PM10 und PM2,5 (d. h. Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 10 μm bzw. 2,5 μm) werden sowohl an den Emissionsquellen als auch in der Luft im Allgemeinen aufgrund potenzieller Gesundheitsrisiken sorgfältig überwacht.
Die gravimetrische Analyse von Feinstaub, der durch Filtration gesammelt wird, ist die am weitesten verbreitete Technik zur Bestimmung der Feinstaubkonzentration in der Umgebung sowie der Menge an Feinstaub in den Emissionen.
Warum genaues Wägen wichtig ist
Das Wägen von Partikeln auf Filtern ist eine Differenzwägeanwendung. Da die Menge der gesammelten Partikel in Bezug auf das Gewicht sehr gering ist, müssen die Filter sowohl vor als auch nach der Beladung des Feinstaubs sehr genau gewogen werden.
In der Regel schreiben die Richtlinien eine Waage mit einer Auflösung von 1 μg oder 0,1 μg vor, mit entsprechender Wiederholgenauigkeit.
Das Gewicht der Partikel, die auf den Filtern für die Emissionsprüfung gesammelt werden, kann extrem gering sein, daher muss der Wägevorgang sehr genau durchgeführt werden. Excellence Level-Mikrowaagen mit einem speziellen Filterwäge-Kit eignen sich perfekt für Emissionstests. Die hervorragende Wiederholgenauigkeit und das geringstmögliche Mindestgewicht sorgen für die Wägeleistung, die Sie benötigen.
Verbessern Sie die Genauigkeit der Messung von Partikelemissionen mit hochpräzisen Filterwägelösungen von METTLER TOLEDO.
Entdecken Sie, wie präzise gravimetrische Messungen Laboren helfen, zuverlässige, reproduzierbare Daten zu erzeugen und gleichzeitig die Bereitschaft für sich weiterentwickelnde Emissionsvorschriften, einschließlich Euro 7 (EU 2024/1257) und anderer neuer globaler Standards, zu unterstützen.
Dieser Leitfaden bietet praktische Einblicke in die Rolle des Filterwägens in der modernen Emissionsprüfung und hebt zentrale Aspekte hervor, die dazu beitragen, die Messintegrität zu erhalten, die Unsicherheit zu reduzieren und die Effizienz im Labor zu verbessern.
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Die obige Abbildung beschreibt das Verfahren zur gravimetrischen Bestimmung der Feinstaubmenge auf Filtern.
Unabhängig davon, ob es sich um die Messung von Feinstaub in Abgasen, Verdunstungsemissionen, der Atmosphäre oder der Umgebungsluft handelt, folgt die gravimetrische Filter-Emissionsmessung dem gleichen Verfahren.
Saubere Luft wird von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als grundlegende Voraussetzung für die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden anerkannt. Weltweit treibt eine zunehmend strengere Emissionsgesetzgebung den Bedarf an empfindlicheren, genaueren und reproduzierbareren Messverfahren für Partikelmaterie (PM) voran. Regulierungsbehörden verlangen heute Emissionsprüfungen nicht nur für traditionelle Abgasstoffe, sondern zunehmend auch für nicht aus dem Abgas stammende Emissionen wie Bremsabriebpartikel. Dadurch hat die Bedeutung gravimetrischer Verfahren zum Wägen von Filtern, leistungsstarker Mikrowaagen und akkreditierter Laborprozesse zugenommen.
In den Vereinigten Staaten werden Emissionsprüfungen für Motoren und Fahrzeuge vor allem durch US EPA 40 CFR Part 1065 – Engine-Testing Procedures geregelt, das detaillierte Anforderungen an Partikelprobenahmesysteme, Filterkonditionierung, Wägeumgebungen, Geräteleistung, Kalibrierung und gravimetrische PM-Analyse festlegt. Darüber hinaus legt 40 CFR Part 50 die National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) fest, einschließlich der EPA PM2.5 Federal Reference Method (FRM), die für die Überwachung der Umgebungsluft verwendet wird.
In Europa werden Emissions- und Luftqualitätsüberwachungen durch eine Kombination aus Rechtsvorschriften und Normen geregelt. Die kürzlich verabschiedete Verordnung (EU) 2024/1257 (Euro 7) führt neue Anforderungen an Fahrzeugemissionen ein, einschließlich Bremspartikelemissionen und Reifenabrieb, während EN 12341 (national veröffentlicht als BS EN 12341 und DIN EN 12341) das gravimetrische Referenzverfahren zur Messung von PM10- und PM2.5-Konzentrationen in der Umgebungsluft definiert.
Die Automobilindustrie bleibt eine bedeutende Quelle von Luftschadstoffen, darunter Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx), Partikelmaterie (PM) und Treibhausgase (GHGs). Um die Einhaltung nachzuweisen, müssen Hersteller Emissionsprüfungen gemäß anerkannten internationalen Normen und behördlichen Verfahren durchführen. Diese verweisen zunehmend auf präzise gravimetrische Messverfahren (siehe Tabelle unten) und Labor-Qualitätssysteme wie ISO/IEC 17025 und ISO 14065, wodurch sichergestellt wird, dass die Ergebnisse rückverfolgbar, wiederholbar und für die behördliche Zertifizierung geeignet sind.
Das gravimetrische Wägen von Filtern bleibt die am weitesten akzeptierte Methode zur Bestimmung der Partikelmasse. Diese Normen definieren Anforderungen an Filtermaterialien, Konditionierungszeiten, Umweltkontrolle im Wägeraum, elektrostatische Neutralisierung, Waagenleistung, Rückverfolgbarkeit und Qualitätssicherung. Da die Emissionsgrenzwerte weiter sinken und Abgasnachbehandlungstechnologien immer wirksamer werden, müssen Labore zunehmend immer geringere Mengen an Partikelmaterie mit Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit messen.
| Verordnung / Norm | PM-Messanwendung | Waagenempfehlung |
| EPA 40 CFR Part 1065 | PM aus Motor- und Fahrzeugabgasen | Mikrowaage mit mindestens 1 μg Ablesbarkeit; 0,1 μg wird für Ultra-Niedrigemissionen und Entwicklungsprüfungen bevorzugt. |
| EPA PM2.5 FRM | Überwachung der Umgebungsluft | Analysenwaage oder Mikrowaage mit 1 μg Ablesbarkeit; viele Labore setzen 0,1 μg-Systeme ein, um die Messunsicherheit zu verbessern. |
| EN 12341 (BS EN / DIN EN / CEN) | Überwachung der Umgebungsluft (PM10 und PM2.5) | Mikrowaage mit etwa 1 μg Ablesbarkeit; 0,1 μg-Systeme werden häufig eingesetzt, wenn die geringste Unsicherheit erforderlich ist. |
| SAE J2943 (2022) | Empfohlene bewährte Praxis zum Wägen von PM-Filtern | Hochstabile Mikrowaage mit 1 μg oder besser; 0,1 μg wird für moderne Messungen mit niedrigen Emissionen empfohlen. |
| UN GTR Nr. 24 | PM aus Bremsenemissionen | Hochleistungs-Mikrowaage, geeignet für die gravimetrische PM-Analyse; in der Praxis werden typischerweise 1 μg oder 0,1 μg Ablesbarkeit verwendet. |
| Euro 7 (EU 2024/1257) | Abgas- und Bremsenemissionen | Mikrowaagensysteme, die sehr geringe Änderungen der Partikelmasse erfassen können; typischerweise mindestens 1 μg, wobei 0,1 μg für Entwicklungs- und Zertifizierungslabore bevorzugt wird. |
| ISO/IEC 17025 | Laborakkreditierung | Keine spezifische Anforderung an die Ablesbarkeit; die Waage muss kalibriert, rückverfolgbar und in der Lage sein, die Ziele der Messunsicherheit zu erfüllen. |
Die Verordnung (EU) 2024/1257 (Euro 7) erweitert die Emissionskontrolle über traditionelle Abgasstoffe (Auspuffemissionen) hinaus, indem sie neue Anforderungen an die Haltbarkeit, verbesserte Vorgaben zur Einhaltung unter Realbedingungen, Anforderungen an die Batterielebensdauer für elektrifizierte Fahrzeuge und erstmals Grenzwerte für nicht aus dem Abgas stammende Emissionen wie Bremspartikel und Reifenabrieb einführt. Während die Abgasgrenzwerte für viele Schadstoffe den neuesten Euro-6-Anforderungen ähnlich bleiben, erweitert Euro 7 den Anwendungsbereich der Fahrzeugemissionsregelung erheblich und führt Lebensdauer-Konformitätsanforderungen über einen deutlich längeren Fahrzeugbetriebszeitraum ein.
Neue Anforderungen an Bremspartikelemissionen: Euro 7 führt verpflichtende Laborprüfungen von Bremsenemissionen auf Grundlage von Methoden ein, die aus UN GTR Nr. 24 abgeleitet sind. Fahrzeughersteller müssen nun die Einhaltung der Grenzwerte für Brems-Partikelmaterie durch kontrollierte Bremsenprüfstand-Verfahren nachweisen, die reale Fahrbedingungen abbilden. Dies ist die erste große globale Regelung, die rechtlich durchsetzbare Grenzwerte für Bremsabriebpartikelemissionen festlegt.
Weitere Informationen finden Sie auf unserer speziellen Seite zu Euro 7 Brake Testing, die Anforderungen an Bremsenprüfstände, Partikelprobenahmesysteme, gravimetrische Analysemethoden und Strategien zur Konformitätsprüfung behandelt.
Da die Emissionsgrenzwerte weiter verschärft werden und die Partikelmassenbeladung auf den Filtern abnimmt, benötigen Labore zunehmend Waagen mit 1 μg oder 0,1 μg Ablesbarkeit. Zusammen mit kontrollierten Umgebungsbedingungen und ISO-akkreditierten Verfahren bieten moderne Ultra-Mikrowaagen die Leistung, die erforderlich ist, um sowohl die aktuellen regulatorischen Anforderungen als auch zukünftige Herausforderungen bei Emissionsprüfungen zu erfüllen.
Die Bestimmung des Gewichts von Feinstaub ist eine Schlüsselaufgabe bei der Emissionsprüfung für die Umweltkontrolle und die Automobilindustrie.
Die Wägeergebnisse müssen sehr genau sein, aber der Prozess selbst steht vor einer Reihe von Herausforderungen, wie z. B. dem Einfluss elektrostatischer Aufladungen oder der Temperatur auf die Filter. Zögern Sie daher nicht, sich beraten zu lassen! Unser Expertenteam hilft Ihnen gerne weiter, egal ob Sie eine Waage kaufen möchten oder Unterstützung bei der Anwendung zum Wiegen und Prüfen von Filtern benötigen. Kontaktieren Sie uns und erhalten Sie Unterstützung, die Sie benötigen.
Im Idealfall ist ein Reinraum für das Wiegen von Filtern vorzuziehen, um eine mögliche Kontamination durch die Umgebungsluft zu vermeiden und eine bessere Kontrolle über Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu haben. Alternativ kann auch eine Handschuhbox verwendet werden, was den Prozess jedoch vor allem beim Wägen einer großen Anzahl von Filtern etwas umständlich macht. Darüber hinaus gibt es einige weitere Herausforderungen, die mit dem Wägen von Filtern verbunden sind:
Handhabung von Filtern
Nachverfolgung von Proben
Um die Prozesskomplexität weiter zu erhöhen, müssen die Filter genau verfolgt werden. Jeder Filter wird vorgewogen, in einen etikettierten Halter gelegt, akklimatisiert und dann zum Testgelände transportiert. Nach der PM-Beladung werden die Filter zurück ins Labor transportiert und erneut gewogen. Die Genauigkeit ist gefährdet, wenn kein ausfallsicheres System vorhanden ist, das sicherstellt, dass die Filter während der Verarbeitung nicht verwechselt werden.
Genauigkeit des Wägens
Da es mehrere Richtlinien gibt, die das zu verwendende Wägesystem spezifizieren, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die verwendete Waage den Anforderungen der Filterwägeanwendung entspricht. Bei solch kleinen Proben ist das minimale Netto-Probengewicht der Waage von entscheidender Bedeutung – beim Wägen einer Probe unter diesem Gewicht kann man sich nicht darauf verlassen, dass sie das erforderliche Maß an Genauigkeit aufweist.
Zeit
Das Wägen von Filtern für die Emissionsprüfung kann sehr lange dauern. Akklimatisierungsprozesse, der Transport zum und vom Testgelände, aufwendige Handhabungsverfahren und ein Gleichgewicht, das sich nur langsam einpendelt, tragen dazu bei, dass ein typischer Autoabgastest bis zu 2 Tage oder länger dauert.
Die Mikrowaagen METTLER TOLEDO XPR bieten eine einzigartige Präzision und außergewöhnlich niedrige Mindestgewichte. Ausgestattet mit einem speziellen Filterwäge-Kit und einer Ablesbarkeit von 0,2 μg ist der XPR2U ideal für das Wägen von Filtern und verfügt über den zusätzlichen Vorteil integrierter aktiver Qualitätssicherungsfunktionen, um sicherzustellen, dass die Wägeergebnisse den definierten Toleranzen und Standards entsprechen. Die integrierte Benutzerführung stellt sicher, dass der Differenzwägeprozess genau eingehalten wird.
Die richtigen Werkzeuge
Die Hinzufügung eines Barcode-Lesegeräts bietet eine schnelle Probenidentifikation und den Komfort, geladene Filter automatisch mit vorgewogenen Ergebnissen abzugleichen, um eine schnellere Verarbeitung und weniger Handhabungsfehler zu ermöglichen. Darüber hinaus neutralisiert das Passieren der Filter über die Elektrode eines Antistatik-Kits alle vorhandenen elektrostatischen Ladungen und stellt sicher, dass das tatsächliche PM-Ergebnis gemessen wird.
Dank mehrerer Konnektivitätsoptionen können die Wägeergebnisse direkt in eine Tabellenkalkulation auf einem PC oder in ein Unternehmensdatenbanksystem zur Inspektion und weiteren Analyse exportiert werden.
Die Pinzetten von METTLER TOLEDO wurden speziell entwickelt, um die korrekte Handhabung der empfindlichen Filter beim Transfer in die und aus der Speicherpatrone und dem Filterwägeset auf der Waage zu gewährleisten.
In diesem Video erfahren Sie mehr über die wichtigsten Produkthighlights der Filterwägelösungen von METTLER TOLEDO für die Emissionsprüfung. Wählen Sie zwischen innovativen manuellen Lösungen mit einer Analyse- oder Mikrowaage bis hin zu einer vollautomatischen Lösung mit einem Robotersystem, die zusammen mit HORIBA entwickelt wurde.
Die Mikrowaagen METTLER TOLEDO XPR sind vollständig kompatibel mit der LabX-Laborsoftware™. LabX bietet eine vollständige SOP-Benutzeranleitung für die Waage. Es erkennt das Be- und Entladen von Filtern und vereinfacht und beschleunigt so den Prozess.
LabX zeichnet die Gewichtswerte automatisch mit den korrekten Proben-IDs ab und führt alle Berechnungen automatisch durch, einschließlich der Korrektur des Luftauftriebs.
Alle Daten und Ergebnisse werden sicher in einer zentralen Datenbank gespeichert, die eine vollständige Rückverfolgbarkeit ermöglicht. Kundenspezifische Berichte können ausgedruckt oder in ein internes Informationssystem übertragen werden.
Wenn mehr als 40 Filter pro Tag gewogen werden, ist der PFS-ONE Filterroboter in Kombination mit dem XPR2U die perfekte automatisierte Lösung.
Der innovative Filterhalter ermöglicht die Identifikation, Akklimatisierung, Lagerung, den Transport und das Wiegen in einer Patrone, ohne Unterbrechung oder Entfernung des Filters. Er fungiert auch als Faradayscher Käfig, wodurch elektrostatische Einflüsse reduziert werden.
Der automatisierte Probenwechsel ermöglicht ein müheloses Vor- und Rückwägen der Filter, und die Ergebnisse werden sofort zur Analyse auf einen PC übertragen.
Wenn Sie große Filter verwenden, z. B. für die Analyse industrieller Filtrationen, bietet METTLER TOLEDO praktische und kostengünstige Lösungen für das Wägen größerer Filter auf Ihrer Analysenwaage. Mit einem zusätzlichen Filterwäge-Kit können Filter bis zu 110 mm bequem auf einer Excellence-Analysenwaage von METTLER TOLEDO gewogen werden. Für das Wägen von Filtern bis zu 150 mm wird die Verwendung eines speziellen ErgoClips empfohlen. Beide Lösungen können schnell und einfach auf Ihrer vorhandenen Waage installiert werden.
Erstens ist die Umwelt wichtig. Idealerweise sollte sich Ihre Waage auf einem speziellen Wägetisch in einem Raum mit stabiler Temperatur und kontrollierter Luftfeuchtigkeit befinden. Die Filterwäge-Kits für Mikrowaagen und Ultra-Mikrowaagen von METTLER TOLEDO enthalten eine spezielle Waagschale, die sicherstellt, dass die Filter korrekt auf der Waage platziert werden. Die richtige Filterhandhabung mit einer asymmetrischen Pinzette trägt dazu bei, dass Ihre Filterwägeprozesse schnell und effizient ablaufen.
PTFE-Filter sind besonders anfällig für elektrostatische Aufladung. Die instabilen Zahlen auf Ihrer Waage deuten darauf hin, dass die Wägezelle durch elektrostatische Aufladungen beeinträchtigt wird. Der Einfluss elektrostatischer Aufladungen kann das Wägeergebnis erheblich beeinflussen. Verwenden Sie vor dem Wägen jedes Filters ein Antistatik-Kit, um eventuell vorhandene Ladungen zu entfernen.
METTLER TOLEDO bietet Filterwägelösungen sowohl für Mikrowaagen als auch für Analysenwaagen. Es gibt zwei verschiedene Filterwäge-Kits für Mikrowaagen, mit denen Sie Filter mit einem Durchmesser von 20 mm bis 70 mm wiegen können. Es ist einfach, zwischen den Kits zu wechseln. Für das Wägen größerer Filter bis zu einem Durchmesser von 150 mm auf einer Analysenwaage stehen zwei Filterhalterlösungen zur Verfügung.
Das Mikrofilter-Wägeset von METTLER TOLEDO enthält zwei Filterschalen. Jeder hat eine einzigartige Kontur, die sicherstellt, dass der Filter automatisch zentriert wird. Durch die Zentrierung des Filters werden Exzentrizitätsfehler vermieden, um reproduzierbare und zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten.
Für das Wägen von Filtern in einer regulierten Umgebung sollte eine klare SOP vorhanden sein. In einem manuellen Prozess können jedoch menschliche Fehler auftreten, und in einem Prozess, der viele Schritte erfordert, kann es leicht sein, einen Fehler zu machen. Mit der LabX-Software können Sie Ihren eigenen SOP-Workflow für das Wägen von Filtern erstellen. Die Schritt-für-Schritt-Anleitung für die SOP wird auf dem Waagendisplay angezeigt. Jeder Schritt erfordert eine Bestätigung durch den Benutzer, damit Sie sicher sein können, dass die SOP befolgt wurde.
Jede Messung an JEDER Waage ist mit Unsicherheiten behaftet. Das Verständnis dieser Unsicherheit ist der Schlüssel zur Gewährleistung präziser Wägeergebnisse. Nicht die Ablesbarkeit entscheidet über die Genauigkeit einer Waage, sondern ihre Wiederholgenauigkeit. Bei den sehr kleinen Probengewichten, die beim Wägen von Filtern erforderlich sind, ist auch das minimale Nettoprobengewicht der Waage von entscheidender Bedeutung.
Um die passende Waage für Ihre Bedürfnisse zu finden, müssen Sie wissen, welche kleinste Menge Sie wiegen möchten und wie genau Sie sie wägen müssen (d. h. mit welcher Toleranz).
GWP® , der globale Wägestandard von METTLER TOLEDO, hilft Ihnen bei der Auswahl der richtigen Waage für Ihre Anwendungsanforderungen. Fragen Sie Ihren lokalen Vertreter nach einer kostenlosen Saldoempfehlung. Stellen Sie fest, ob Ihre vorhandene Waage Ihren Qualitätsanforderungen entspricht.
Die Filterwäge-Kits von METTLER TOLEDO sind mit Glasdeckeln ausgestattet, so dass Sie beim Einsetzen und Entfernen von Filtern leicht erkennen können, was Sie tun. Die Mikrowaagen-Windschutztüren können so eingestellt werden, dass sie je nach den Bedürfnissen des Bedieners nach links oder rechts geöffnet werden können, um die Handhabung des Filters ergonomischer zu gestalten. Um den Prozess weiter zu beschleunigen, kann der SmartSens Infrarotsensor verwendet werden, um die Türen mit einer Handbewegung zu öffnen. Für das Wägen von Filtern mit hohem Durchsatz empfehlen wir eine automatisierte Lösung mit dem Filterwägeroboter PFS-ONE.
Die manuelle Transkription von Daten und Ergebnissen birgt ein inhärentes Fehlerrisiko. Durch die Verbindung Ihrer Waage mit der LabX-Software können Sie die manuelle Transkription und das damit verbundene Fehlerrisiko vollständig eliminieren. LabX führt auch alle Ihre Berechnungen durch, einschließlich der Korrektur des Luftauftriebs, wodurch eine weitere potenzielle Fehlerquelle beseitigt wird. Alle Daten werden sicher in einer zentralen Datenbank gespeichert, so dass Sie weiterhin von vollständiger Datenintegrität und Rückverfolgbarkeit profitieren.
Es ist von entscheidender Bedeutung, die Filterpatronen zu beschriften und sicherzustellen, dass die Ergebnisse für jeden Filter korrekt protokolliert werden. Beim Umgang mit vielen Filtern kann dies eine Herausforderung sein. Der Vorgang kann erheblich vereinfacht werden, indem Sie Ihre Waage an LabX, einen Barcode-Leser und einen Drucker anschließen. LabX druckt automatisch Barcode-Etiketten. Durch die Verwendung von Barcodes werden die Proben eindeutig identifiziert. LabX verwendet die Barcodes, um die Gewichtsergebnisse automatisch mit der richtigen Probe abzugleichen. Alle Daten werden sicher in einer zentralen Datenbank gespeichert, die eine vollständige Rückverfolgbarkeit ermöglicht. Der Filterwägeroboter PFS-ONE kann bis zu 1.000 Filter pro Tag in einem vollautomatischen Prozess verarbeiten, wobei alle Daten automatisch verarbeitet werden.
Unter Emission versteht man die Freisetzung oder Abgabe von Stoffen (wie Gase, Schadstoffe oder Strahlung) direkt aus einer Quelle in die Umwelt. Immission hingegen bezieht sich auf das Vorhandensein oder die Konzentration dieser Stoffe in der Umwelt an einem bestimmten Ort, oft dort, wo sie Menschen, Tiere oder Ökosysteme beeinflussen. Im Wesentlichen geht es bei der Emission um die Ausgangsquelle und bei der Immission um die Wirkung oder Exposition an einem Rezeptorpunkt.
