Luftqualität ist ein Parameter, der sowohl Gesundheit als auch Lebensqualität der Menschen stark beeinflusst. Aus diesem Grund gibt es gesetzliche Richtlinien, die
Grenzwerte für Luftschadstoffe wie zum Beispiel Ozon und Schwefeldioxid und auch
für die Aerosolmassenkonzentration festlegen. Aerosolmassenkonzentrationen in der
Atmosphäre werden bestimmt, indem ein bekanntes Luftvolumen durch einen Filter
gesogen wird, der vor und nach dem Beladen gravimetrisch vermessen wird. Aus
dem dadurch ermittelten Massenwert des abgeschiedenen Aerosols kann in weiterer
Folge die Aerosolmassenkonzentration in der Atmosphäre berechnet werden.
Um hohe Luftqualität zu gewährleisten, werden Grenzwerte immer wieder diskutiert
und angepasst. Ein limitierender Faktor hierbei ist die Messgenauigkeit der
gravimetrischen Messungen, die von verschiedenen Faktoren wie Temperatur, relative
Feuchte und Druck beeinflusst wird. Aus diesem Grund werden Standardverfahren
zur Durchführung dieser gravimetrischen Bestimmungen festgelegt, um den Einfluss
von Schwankungen dieser Faktoren zu minimieren. Die momentan vorgeschriebenen
Werte der relativen Feuchte im Messraum liegen bei 50% +/- 5%. Untersuchungen über die Wasseraufnahme an Aerosolpartikeln haben ergeben, dass der Wassergehalt
der Aerosolpartikel mit sinkender relativer Feuchte abnimmt. Eine Absenkung
des vorgeschriebenen Feuchtewerts für gravimetrische Bestimmungen erscheint daher
sinnvoll, um die Genauigkeit der Aerosolmassenbestimmung der Luftschadstoffe
zu erhöhen. Andererseits wurde das Verhalten von Filtermaterialien abhängig von
der relativen Feuchte bisher noch nicht systematisch untersucht und unerwünschte
Effekte können daher nicht ausgeschlossen werden.
Inwieweit bei der Absenkung der vorgeschriebenen relativen Feuchte unerwünschte
Effekte auftreten oder nicht, soll in der vorliegenden Arbeit mit Hilfe von experimentellen
Untersuchungen für verschiedene Filtermaterialien festgestellt werden.
Zu diesem Zweck werden Celluloseester-, Celluloseacetat-, Cellulosenitrat-, Glasfaser-,
Quarzfaser- und Polycarbonatfilter in einer Feuchtekammer untersucht. Bei
den Messungen werden die Filter jeweils für 24 Stunden einer relativen Feuchte
von zuerst 30%-40%, dann 50% und schließlich 90% ausgesetzt. Im Anschluss wird
die relative Feuchte in der Kammer in 24 Stundenabstanden wieder auf 50% und
anschließend auf 30%-40% abgesenkt. Während der gesamten Messdauer wird die
Masse der Filter in 5 Minutenintervallen bestimmt, um zu untersuchen, ob irreversible
Massenzunahme auftritt, d. h. dass die Masse eines Filters durch dauerhafte Adsorption von Wasserdampf nicht mehr auf den Ausgangswert zu Beginn des Experiments
zurückkehrt.
Bei Quarzfaser- und Cellulosenitratfiltern kann keine signifikante irreversible
Massenzunahme nachgewiesen werden, während Celluloseester-, Celluloseacetat- und
Glasfaserfilter irreversible Massenzunahme zeigen. Die höchste irreversible Massenzunahme
zeigen Celluloseacetatfilter mit bis zu 3mg und Glasfaserfilter mit durchschnittlich
0,5mg sowie Celluloseesterfilter mit durchschnittlich 0,4mg. Bei Polycarbonat
filtern kann man beobachten, dass die irreversible Massenzunahme von der
Porengröße abhängt. Polycarbonatfilter mit 8µm Porengröße zeigen keine signifikante irreversible Massenzunahme, während bei Polycarbonatfiltern mit 0,2µm eine
irreversible Massenzunahme von durchschnittlich 0,5mg verzeichnet wird.
Gemäß den hier vorliegenden Ergebnissen scheint eine Herabsetzung des vorgeschriebenen
Werts der relativen Feuchte von 50% auf 30% bei gravimetrischen Messungen
zur Bestimmung der Aerosolmassenkonzentration nicht sinnvoll, da durch
das Auftreten von irreversiblen Massenzunahmen bei verschiedenen Filtermaterialien
die Genauigkeit der gravimetrischen Messungen nicht gesteigert werden kann.