Provtagning och analys av organiska ämnen i luft
Provtagning och analys av organiska ämnen i luft Provtagning och analys av organiska ämnen i luft
Provtagning och analys av organiska ämnen i luft Annika Potter, 2008-11-24
- Page 2 and 3: IVL-Analys Avdelningen för kemisk
- Page 4 and 5: 3 IVL ANALYS Vi arbetar i nära sam
- Page 6 and 7: Provtagning av enskilda VOC i luft
- Page 8 and 9: 7 Provtagningsmetoder för flyktiga
- Page 10 and 11: 9 Pumpad provtagning på adsorbentr
- Page 12 and 13: Pumpad provtagning på adsorbentrö
- Page 14 and 15: 13 Diffusiv provtagning av VOC på
- Page 16 and 17: 15 Aktiv tim- eller dygnsprovtagnin
- Page 18 and 19: 17 Semiautomatisk provtagningsautom
- Page 20 and 21: 19 Semiautomatisk provtagningsautom
- Page 22 and 23: 21 Semiautomatisk provtagningsautom
- Page 24 and 25: 23 Kontinuerlig provtagning och ana
- Page 26 and 27: 25 Kontinuerlig provtagning och ana
- Page 28 and 29: 27 Kontinuerlig provtagning och ana
- Page 30 and 31: 29 “Kontinuerlig” provtagning o
- Page 32 and 33: 31 Aktiva mätningar av VOC i luft
- Page 34 and 35: 33 Flytt av mätstation Annika Pott
- Page 36 and 37: 35 Eten Annika Potter, 2008-11-24
- Page 38 and 39: 37 Provtagning av VOC i deaktiverad
- Page 40 and 41: 39 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons
- Page 42 and 43: 41 PAH-mätteknik Emissionsprovtagn
- Page 44 and 45: 43 ProvtagningavPM 10 and PM 2.5 En
- Page 46 and 47: Råö-långdistanstransport 45 Anni
- Page 48: 47 Tack för uppmärksamheten! Anni
<strong>Provtagning</strong> <strong>och</strong> <strong>analys</strong> <strong>av</strong><br />
<strong>organiska</strong> ämnen i <strong>luft</strong><br />
Annika Potter, 2008-11-24
IVL-Analys<br />
Avdelningen för kemisk <strong>analys</strong>, biologiska<br />
tester <strong>och</strong> kemikaliers spridning i miljön
IVL-Analys<br />
Vi är ca 30 personer<br />
Den största <strong>av</strong> IVLs <strong>av</strong>delningar<br />
Vi har med verksamhet i Stockholm <strong>och</strong><br />
Göteborg
3<br />
IVL ANALYS<br />
Vi arbetar i nära samarbete med andra<br />
<strong>av</strong>delningar inom IVL, varför vi även kan erbjuda<br />
paketlösningar med utformning,<br />
mätstrategier, <strong>analys</strong>er, utvärdering, <strong>och</strong><br />
rapportering.<br />
Kemiska <strong>analys</strong>er kopplas ihop med provtagning<br />
<strong>och</strong> biologiska tester.<br />
Vi anpassar vårt <strong>analys</strong>program till uppföljningen <strong>av</strong> de svenska<br />
miljömålen <strong>och</strong> till olika EU-direktiv,t ex vattendirektivet.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
4<br />
<strong>Provtagning</strong>smetoder för flyktiga<br />
<strong>organiska</strong> ämnen (VOC) i <strong>luft</strong><br />
• Vanligast att mäta i<br />
emissioner: totalkolväte<br />
• Om enskilda VOC ska<br />
mätasbehövsoftaen<br />
kromatografisk <strong>analys</strong><br />
för att separera de olika<br />
ämnena från varandra.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
<strong>Provtagning</strong> <strong>av</strong> enskilda VOC i <strong>luft</strong><br />
5<br />
Om halterna är tillräckligt höga <strong>och</strong> ämnena stabila kan<br />
<strong>luft</strong>proverna transporteras till laboratoriet för <strong>analys</strong><br />
• Teadlarpåsar<br />
• Deaktiverade kanistrar<br />
Annika Potter, 2008-11-24
6<br />
<strong>Provtagning</strong> <strong>av</strong> <strong>organiska</strong> ämnen i <strong>luft</strong><br />
Vissa ämnen är reaktiva <strong>och</strong> behöver därför <strong>analys</strong>eras<br />
i samband med provtagningen eller snarast därefter<br />
• Organiska sv<strong>av</strong>elföreningar<br />
H 2 S, CH 3 SH, DMS & DMDS<br />
Annika Potter, 2008-11-24
7<br />
<strong>Provtagning</strong>smetoder för flyktiga<br />
<strong>organiska</strong> ämnen (VOC) i omgivnings<strong>luft</strong><br />
(ppb-nivåer)<br />
• Vid provtagning <strong>av</strong><br />
<strong>organiska</strong> ämnen i<br />
omgivnings<strong>luft</strong> behöver<br />
provet koncentreras<br />
före <strong>analys</strong>.<br />
• I de flesta fallen behövs<br />
en GC-<strong>analys</strong> för att<br />
separera de olika VOCkomponenterna<br />
från<br />
varandra.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
8<br />
<strong>Provtagning</strong>smetoder för flyktiga<br />
<strong>organiska</strong> ämnen (VOC) i omgivnings<strong>luft</strong><br />
(ppb-nivåer)<br />
• <strong>Provtagning</strong> på adsorbent rör<br />
• “Kontinuerlig” provtagning <strong>och</strong> <strong>analys</strong>: GC-FID<br />
på plats<br />
• Deaktiverade kanistrar<br />
• Fjärr<strong>analys</strong>, exempelvis FTIR<br />
Annika Potter, 2008-11-24
9<br />
Pumpad provtagning på adsorbentrör<br />
Man behöver välja rätt adsorbent för varje<br />
applikation för att eliminera risker som:<br />
• Genombrott under provtagningen<br />
• nedbrytning <strong>av</strong> analyter<br />
• förluster vid desorption<br />
Annika Potter, 2008-11-24
10<br />
Pumpad provtagning på adsorbentrörlösningsmedelsextraktion<br />
• Kolrör som extraheras<br />
med CS 2<br />
mVolts<br />
25<br />
GR+<br />
GR-<br />
II-<br />
II+WI:8<br />
File: g:\ivl\annika\varian3\styren\ls ny\lsny1011.run<br />
Channel: Front = FID Results<br />
Last recalc: 2002-04-2310:42<br />
• En liten del <strong>av</strong><br />
provmängden injeceras<br />
vid <strong>analys</strong>en.<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
12.8525<br />
styren (14.7665)<br />
14.1922<br />
0<br />
-3<br />
Time: 7.4653 min<br />
Ampli: 0.214 mVolts<br />
7 8 9 10 11 12 13 14 15<br />
Minutes<br />
Annika Potter, 2008-11-24
Pumpad provtagning på adsorbentrörtermisk<br />
desorption<br />
11<br />
• Inga lösningsmedelstoppar<br />
i kromatogrammen<br />
möjligör lägre detektionsgränser.<br />
• Hela provmängden åtgår<br />
för en <strong>analys</strong>.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
12<br />
Aktiv provtagning på adsorbentrör<br />
• Om det är små volymer<br />
som ska doseras på<br />
adsorbentrör kan det ibland<br />
vara idé att först provta i<br />
teadlarpåse.<br />
• Adsorbentröret placeras i<br />
gasström <strong>och</strong> en mindre<br />
mängd doseras med gastät<br />
spruta.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
13<br />
Diffusiv provtagning <strong>av</strong> VOC på<br />
adsorbentrör-termisk desorption<br />
• En enkel <strong>och</strong> kostnadseffektiv<br />
metod lämplig för<br />
kartläggningar <strong>och</strong><br />
trend<strong>analys</strong>er.<br />
• IVL är ackrediterade för <strong>analys</strong><br />
<strong>av</strong> diffusiva provtagare för:<br />
Bensen, Toluen, Etylbensen,<br />
Xylener, n-oktan <strong>och</strong> n-nonan<br />
Annika Potter, 2008-11-24
14<br />
Timrå<br />
Karlstad<br />
Göteborg<br />
Falkenberg<br />
Kristianstad<br />
Älmhult<br />
Värnamo<br />
Jönköping<br />
Uppsala<br />
Annika Potter, 2008-11-24<br />
Stockholm<br />
12.0<br />
10.0<br />
8.0<br />
6.0<br />
4.0<br />
2.0<br />
0.0<br />
Average Concentrations of Benzene<br />
Oct-Mar. 1992/93-2000/01<br />
ug/m3
15<br />
Aktiv tim- eller dygnsprovtagning <strong>av</strong> VOC<br />
Framtagande <strong>av</strong> ett enkelt <strong>och</strong> flexibelt system:<br />
• “Användarvänligt” <strong>och</strong> kostnadseffektivt.<br />
• Automatiska provbyten<br />
• Man ska kunna variera tidstäckning, flöde, adsorbent <strong>och</strong><br />
<strong>analys</strong> efter vad <strong>och</strong> när man vill mäta.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
16<br />
Semiautomatisk provtagningsautomat<br />
• En modifierad “URBANautomat”<br />
med tidsstyrning.<br />
• Magnetventiler<br />
• Intermittent provtagning<br />
möjlig.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
17<br />
Semiautomatisk provtagningsautomatadsorbentrörshylsor<br />
• Varje hylsa innehåller 2<br />
adsorbentrör i serie.<br />
• Adsorbenten väljs efter vad<br />
som skall mätas.<br />
Kan exempelvis vara<br />
Carbopack B eller Tenax TA.<br />
• Adsorbentrören <strong>analys</strong>eras<br />
sedan via termisk desorption<br />
på GC.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
18<br />
Semiautomatisk provtagningsautomat<br />
• Många VOC är reaktiva<br />
<strong>och</strong> ett inert system<br />
behövs.<br />
• Ledningar <strong>av</strong> rostfritt<br />
stål.<br />
• Glas manifoldern<br />
silaniserad.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
19<br />
Semiautomatisk provtagningsautomat<br />
• Flödet bör vara 5-250<br />
ml/min.<br />
Oftast lämpligt med 50-100<br />
ml/min beroende <strong>av</strong> halt<br />
<strong>och</strong> genombrottsvolym.<br />
• Massflödesregulator krävs.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
20<br />
Semiautomatisk provtagningsautomatprovtagning<br />
<strong>av</strong> VOC C 4 -C 6<br />
• Svårt att provta <strong>organiska</strong><br />
ämnen med färre än 4<br />
kolatomer på adsorbentrör<br />
vid rumstemperatur.<br />
• Genombrottsvolymerna på<br />
Carbopack B låga vid<br />
rumstemperatur.<br />
Intermittent provtagning för<br />
att få lägre volymer.<br />
• Reaktiva ämnen.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
21<br />
Semiautomatisk provtagningsautomatprovtagning<br />
<strong>av</strong> VOC C 4 -C 6<br />
• 1,3-butadien & bensen<br />
[VOC in Urban Air-Development of a<br />
simple and inexpensive sampling<br />
technique, IVL Rapport L99/14<br />
Lindskog, Mowrer & Svanberg]<br />
• Repeterbarhet: 2%<br />
• Detektionsgräns: 0.07µg/m 3<br />
• Genombrott
22<br />
Kontinuerlig provtagning <strong>och</strong> <strong>analys</strong> <strong>av</strong> VOC<br />
De 30 ozonbildande VOC där<br />
mätningar rekommenderas enligt ozondirektivet<br />
2002/3/EC<br />
Metoden har satts upp <strong>och</strong><br />
kvalitetsgranskats i ett specialprojekt<br />
inom miljöövervakningen 2004.<br />
Sex mätveckor per år.<br />
En vecka / månad<br />
Etan Isobutan Isopentan n-Heptan m+p-Xylen<br />
Eten 1-Buten 1-Penten n-Oktan o-Xylen<br />
Etyn Trans-2-Buten 2-Penten Isooktan 1,2,4-Trimetylbensen<br />
Propan Cis-2-Buten Isopren Bensen 1,2,3-Trimetylbensen<br />
Propen 1,3-Butadien n-Hexan Toluen 1,3,5-Trimetylbensen<br />
n-Butan n-Pentan Isohexan Etylbensen Formaldehyd<br />
Annika Potter, 2008-11-24
23<br />
Kontinuerlig provtagning<br />
<strong>och</strong> <strong>analys</strong> <strong>av</strong> VOC<br />
Detektionsgränser: 0.04-0.3 µg/m 3<br />
•El på mätstationen<br />
•Gastuber på plats<br />
•Fler parametrar<br />
Etan Isobutan Isopentan n-Heptan m+p-Xylen<br />
Eten 1-Buten 1-Penten n-Oktan o-Xylen<br />
Etyn Trans-2-Buten 2-Penten Isooktan 1,2,4-Trimetylbensen<br />
Propan Cis-2-Buten Isopren Bensen 1,2,3-Trimetylbensen<br />
Propen 1,3-Butadien n-Hexan Toluen 1,3,5-Trimetylbensen<br />
n-Butan n-Pentan Isohexan Etylbensen Formaldehyd<br />
Annika Potter, 2008-11-24
“Kontinuerlig” provtagning <strong>och</strong> <strong>analys</strong>:<br />
GC-<strong>analys</strong> på plats<br />
24<br />
• Det vanligaste sättet att<br />
förkoncentrera de <strong>organiska</strong><br />
föreningarna är att <strong>luft</strong>en<br />
pumpas genom en kylfälla<br />
• Vid provtagningen används<br />
en massflödesregulator för<br />
att reglera flödet.<br />
(12 ml/min under 40 minuter<br />
ger 0.5 liter)<br />
Annika Potter, 2008-11-24
25<br />
Kontinuerlig provtagning <strong>och</strong> <strong>analys</strong> <strong>av</strong> VOC<br />
Luften pumpas genom en kylfälla ⇒ volatila<br />
kolväten adsorberas<br />
Kylfällan upphettas ⇒ föreningarna<br />
desorberas in på gaskromatografens<br />
<strong>analys</strong>kolonner<br />
Insamling <strong>av</strong> prov under<br />
40 minuter,<br />
<strong>analys</strong> 20 minuter<br />
⇒ ett prov per timme<br />
Annika Potter, 2008-11-24
26<br />
Kontinuerlig provtagning <strong>och</strong> <strong>analys</strong> <strong>av</strong> VOC<br />
med parallella <strong>analys</strong>kolonner<br />
Aluminium PLOT-<br />
kolonn med Na 2 SO 4<br />
FID 1<br />
Bärgas/prov<br />
in<br />
CP Sil 5CB<br />
Deans switch<br />
FID 2<br />
deaktiverad<br />
restriktionskolonn<br />
Annika Potter, 2008-11-24
27<br />
Kontinuerlig provtagning <strong>och</strong> <strong>analys</strong> <strong>av</strong><br />
VOC med parallella <strong>analys</strong>kolonner<br />
Volatila <strong>organiska</strong><br />
föreningar med ca 2-6<br />
kolatomer<br />
Kolonn:Aluminium<br />
PLOT-kolonn med<br />
Na 2<br />
SO 4<br />
Volatila <strong>organiska</strong><br />
föreningar med ca 6-10<br />
kolatomer<br />
Kolonn:CP-Sil 5CB<br />
Annika Potter, 2008-11-24
28<br />
“Kontinuerlig” provtagning <strong>och</strong> <strong>analys</strong>:<br />
GC-<strong>analys</strong> på plats<br />
• Kan användas för kolväten från 2 kolatomer (etan, eten)<br />
• Vid en provvolym på 0.5 liter erhålls kvantifieringsgränser<br />
omkring 0.04-0.3 µg/m 3 .<br />
• Vid mätning <strong>av</strong> kolväten med större genombrottsvolymer<br />
kan större volymer provtas =>lägre<br />
detektionsgränser<br />
Annika Potter, 2008-11-24
29<br />
“Kontinuerlig” provtagning <strong>och</strong> <strong>analys</strong>:<br />
GC-<strong>analys</strong> på plats<br />
Vi använder en "nafion-slang" med motriktat flöde <strong>av</strong><br />
torr <strong>luft</strong> för att torka <strong>luft</strong>en vid provtagningen<br />
Detta gör att små, polära ämnen inte kan mätas i låga<br />
koncentrationer.<br />
Annika Potter, 2008-11-24
Aktiva mätningar <strong>av</strong> volatila kolväten<br />
(VOC) i <strong>luft</strong> kring Stenungsund<br />
september 2006 - september 2007<br />
30<br />
• 8 industrirelaterade VOC<br />
• <strong>Provtagning</strong> under 40<br />
minuter varje timma;<br />
"timmedelvärden"<br />
• Vindriktning, vindhastighet,<br />
temperatur & CO<br />
Annika Potter, 2008-11-24
31<br />
Aktiva mätningar <strong>av</strong> VOC i <strong>luft</strong><br />
De VOC som mättes:<br />
• Etan<br />
• Eten<br />
• Propan<br />
• Propen<br />
• 1,3-Butadien<br />
• Bensen<br />
• Vinylklorid<br />
• 1,2-Dikloretan<br />
Annika Potter, 2008-11-24
Placering <strong>av</strong> mätplatser <strong>och</strong> industrier<br />
kring Stenungsund<br />
32<br />
Ödsmål<br />
Krackeranläggning<br />
Akzo Nobel<br />
Perstorp Oxo<br />
Hydro Polymers<br />
Stenungsön<br />
Borealis Polyeten<br />
Västergårdsvägen<br />
Annika Potter, 2008-11-24
33<br />
Flytt <strong>av</strong> mätstation<br />
Annika Potter, 2008-11-24
34<br />
VOC-mätningar januari 2007-juni 2008<br />
Halterna <strong>av</strong> eten, propen, 1,3-butadien <strong>och</strong> bensen<br />
16<br />
Lahälla<br />
Max = Medel = 0.91<br />
Min = 0<br />
120<br />
Lahälla<br />
Max = Medel = 1.2<br />
Min = 0.025<br />
eten, µg/m3<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
propen, µg/m3<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
0701 0707 0801<br />
0<br />
0701 0707 0801<br />
1.6<br />
Lahälla<br />
Max = Medel = 0.027<br />
Min = 0.01<br />
7.0<br />
Lahälla<br />
Max = Medel = 0.44<br />
Min = 0.02<br />
1,3-butadien, µg/m3<br />
1.4<br />
1.2<br />
1.0<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
bensen, ug/m3<br />
6.0<br />
5.0<br />
4.0<br />
3.0<br />
2.0<br />
1.0<br />
0.0<br />
0701 0707 0801<br />
0.0<br />
0701 0707 0801<br />
Annika Potter, 2008-11-24
35<br />
Eten<br />
Annika Potter, 2008-11-24
36<br />
Bensen<br />
Annika Potter, 2008-11-24
37<br />
<strong>Provtagning</strong> <strong>av</strong> VOC i deaktiverade<br />
kanistrar<br />
• Kan ge ett momentanprov<br />
eller en provtagning över<br />
flera timmar eller dagar<br />
• Skrymmande <strong>och</strong> dyr att<br />
transportera<br />
Annika Potter, 2008-11-24
38<br />
<strong>Provtagning</strong> <strong>av</strong> VOC i deaktiverade<br />
kanistrar<br />
• Behöver förkoncentreras<br />
innan <strong>analys</strong><br />
• Kräver <strong>av</strong>ancerad<br />
<strong>analys</strong>utrustning<br />
Annika Potter, 2008-11-24
39<br />
Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)<br />
• PAHer hittas i omgivnings<strong>luft</strong> (pg/m 3 )<br />
• De bildas vid ofullständig förbränning <strong>av</strong> organiskt material<br />
• Viktiga källor är transportsektorn <strong>och</strong> energiproduktion<br />
• I urbana miljöer bidrar vägtrafik <strong>och</strong> lokal biobränsleförbränning<br />
till en ökad förekomst <strong>av</strong> PAHer<br />
• De flesta PAHer är stabila i atmosfären <strong>och</strong><br />
långdistanstransporteras<br />
Annika Potter, 2008-11-24
40<br />
Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs)<br />
Egenskaper<br />
• PAHer är semivolatila vilket innebär att de i<br />
atmosfären transporteras både i gas- <strong>och</strong><br />
partikelfas<br />
• PAHer hittas huvudsakligen på partiklar
41<br />
PAH-mätteknik<br />
Emissionsprovtagning <strong>av</strong> PAH inkluderar<br />
komponenter både i gas- <strong>och</strong> partikelfas<br />
•Gasen kyls före provtagningen <strong>och</strong> kondensatet<br />
samlas in för <strong>analys</strong><br />
•Ett provtagningsmodul med hylsfilter för de<br />
partikelbundna PAHerna <strong>och</strong> en adsorbent <strong>av</strong><br />
polyuretane skum (PUF) för provtagning <strong>av</strong> dem i<br />
gasfas används ofta<br />
Annika Potter, 2008-11-24
42<br />
PAH-mätteknik, omgivnings<strong>luft</strong><br />
Luftprovtagning <strong>av</strong> PAH inkluderar komponenter både i<br />
gas- <strong>och</strong> partikelfas<br />
Ett filter för provtagning <strong>av</strong> de partikelbundna<br />
PAHerna från <strong>luft</strong>en <strong>och</strong> en adsorbent <strong>av</strong> polyuretane<br />
skum (PUF) för provtagning <strong>av</strong> dem i gasfas, är den<br />
mest använda tekniken<br />
Även andra semivolatila ämnesgrupper som<br />
pesticider, flamskyddsmedel m fl<br />
Högvolymsprovtagning för dygnsprover <strong>och</strong><br />
lågvolymsprovtagning för veckoprover<br />
Annika Potter, 2008-11-24
43<br />
<strong>Provtagning</strong><strong>av</strong>PM 10 and PM 2.5<br />
En enkel <strong>och</strong> billig utrustning för automatisk dygnsprovtagning<br />
<strong>av</strong> PM 10 <strong>och</strong> PM 2.5 harutvecklats<strong>av</strong>IVL*<br />
• Filter metod med gr<strong>av</strong>imetrisk <strong>analys</strong><br />
• Som tillägg till den gr<strong>av</strong>imetriska <strong>analys</strong>en behövs ibland<br />
en kemisk karakterisering <strong>av</strong> partiklarna, tex <strong>av</strong> PAHer eller<br />
metaller<br />
* Martin Ferm<br />
Annika Potter, 2008-11-24
44<br />
IVLs PM 10 provtagare<br />
Dygnsprovtagning<br />
20-25m 3 /dygn<br />
Annika Potter, 2008-11-24
Råö-långdistanstransport<br />
45<br />
Annika Potter, 2008-11-24
Nedfallsmätningar<br />
46<br />
Annika Potter, 2008-11-24
47<br />
Tack för<br />
uppmärksamheten!<br />
Annika Potter, 2008-11-24