Provtagning och analys av organiska Ã¤mnen i luft

Provtagning och analys av 

organiska ämnen i luft 

Annika Potter, 2008-11-24

IVL-Analys 

Avdelningen för kemisk analys, biologiska 

tester och kemikaliers spridning i miljön

IVL-Analys 

Vi är ca 30 personer 

Den största av IVLs avdelningar 

Vi har med verksamhet i Stockholm och 

Göteborg

3 

IVL ANALYS 

Vi arbetar i nära samarbete med andra 

avdelningar inom IVL, varför vi även kan erbjuda 

paketlösningar med utformning, 

mätstrategier, analyser, utvärdering, och 

rapportering. 

Kemiska analyser kopplas ihop med provtagning 

och biologiska tester. 

Vi anpassar vårt analysprogram till uppföljningen av de svenska 

miljömålen och till olika EU-direktiv,t ex vattendirektivet. 


4 

Provtagningsmetoder för flyktiga 

organiska ämnen (VOC) i luft 

• Vanligast att mäta i 

emissioner: totalkolväte 

• Om enskilda VOC ska 

mätasbehövsoftaen 

kromatografisk analys 

för att separera de olika 

ämnena från varandra. 


Provtagning av enskilda VOC i luft 

5 

Om halterna är tillräckligt höga och ämnena stabila kan 

luftproverna transporteras till laboratoriet för analys 

• Teadlarpåsar 

• Deaktiverade kanistrar 


6 

Provtagning av organiska ämnen i luft 

Vissa ämnen är reaktiva och behöver därför analyseras 

i samband med provtagningen eller snarast därefter 

• Organiska svavelföreningar 

H 2 S, CH 3 SH, DMS & DMDS 


7 


organiska ämnen (VOC) i omgivningsluft 

(ppb-nivåer) 

• Vid provtagning av 

organiska ämnen i 

omgivningsluft behöver 

provet koncentreras 

före analys. 

• I de flesta fallen behövs 

en GC-analys för att 

separera de olika VOCkomponenterna 

från 

varandra. 


8 


organiska ämnen (VOC) i omgivningsluft 

(ppb-nivåer) 

• Provtagning på adsorbent rör 

• “Kontinuerlig” provtagning och analys: GC-FID 

på plats 

• Deaktiverade kanistrar 

• Fjärranalys, exempelvis FTIR 


9 

Pumpad provtagning på adsorbentrör 

Man behöver välja rätt adsorbent för varje 

applikation för att eliminera risker som: 

• Genombrott under provtagningen 

• nedbrytning av analyter 

• förluster vid desorption 


10 

Pumpad provtagning på adsorbentrörlösningsmedelsextraktion 

• Kolrör som extraheras 

med CS 2 

mVolts 

25 

GR+ 

GR- 

II- 

II+WI:8 

File: g:\ivl\annika\varian3\styren\ls ny\lsny1011.run 

Channel: Front = FID Results 

Last recalc: 2002-04-2310:42 

• En liten del av 

provmängden injeceras 

vid analysen. 

20 

15 

10 

5 

12.8525 

styren (14.7665) 

14.1922 

0 

-3 

Time: 7.4653 min 

Ampli: 0.214 mVolts 

7 8 9 10 11 12 13 14 15 

Minutes 


Pumpad provtagning på adsorbentrörtermisk 

desorption 

11 

• Inga lösningsmedelstoppar 

i kromatogrammen 

möjligör lägre detektionsgränser. 

• Hela provmängden åtgår 

för en analys. 


12 

Aktiv provtagning på adsorbentrör 

• Om det är små volymer 

som ska doseras på 

adsorbentrör kan det ibland 

vara idé att först provta i 

teadlarpåse. 

• Adsorbentröret placeras i 

gasström och en mindre 

mängd doseras med gastät 

spruta. 


13 

Diffusiv provtagning av VOC på 

adsorbentrör-termisk desorption 

• En enkel och kostnadseffektiv 

metod lämplig för 

kartläggningar och 

trendanalyser. 

• IVL är ackrediterade för analys 

av diffusiva provtagare för: 

Bensen, Toluen, Etylbensen, 

Xylener, n-oktan och n-nonan 


14 

Timrå 

Karlstad 

Göteborg 

Falkenberg 

Kristianstad 

Älmhult 

Värnamo 

Jönköping 

Uppsala 

Annika Potter, 2008-11-24 

Stockholm 

12.0 

10.0 

8.0 

6.0 

4.0 

2.0 

0.0 

Average Concentrations of Benzene 

Oct-Mar. 1992/93-2000/01 

ug/m3

15 

Aktiv tim- eller dygnsprovtagning av VOC 

Framtagande av ett enkelt och flexibelt system: 

• “Användarvänligt” och kostnadseffektivt. 

• Automatiska provbyten 

• Man ska kunna variera tidstäckning, flöde, adsorbent och 

analys efter vad och när man vill mäta. 


16 

Semiautomatisk provtagningsautomat 

• En modifierad “URBANautomat” 

med tidsstyrning. 

• Magnetventiler 

• Intermittent provtagning 

möjlig. 


17 

Semiautomatisk provtagningsautomatadsorbentrörshylsor 

• Varje hylsa innehåller 2 

adsorbentrör i serie. 

• Adsorbenten väljs efter vad 

som skall mätas. 

Kan exempelvis vara 

Carbopack B eller Tenax TA. 

• Adsorbentrören analyseras 

sedan via termisk desorption 

på GC. 


18 


• Många VOC är reaktiva 

och ett inert system 

behövs. 

• Ledningar av rostfritt 

stål. 

• Glas manifoldern 

silaniserad. 


19 


• Flödet bör vara 5-250 

ml/min. 

Oftast lämpligt med 50-100 

ml/min beroende av halt 

och genombrottsvolym. 

• Massflödesregulator krävs. 


20 

Semiautomatisk provtagningsautomatprovtagning 

av VOC C 4 -C 6 

• Svårt att provta organiska 

ämnen med färre än 4 

kolatomer på adsorbentrör 

vid rumstemperatur. 

• Genombrottsvolymerna på 

Carbopack B låga vid 

rumstemperatur. 

Intermittent provtagning för 

att få lägre volymer. 

• Reaktiva ämnen. 


21 

Semiautomatisk provtagningsautomatprovtagning 

av VOC C 4 -C 6 

• 1,3-butadien & bensen 

[VOC in Urban Air-Development of a 

simple and inexpensive sampling 

technique, IVL Rapport L99/14 

Lindskog, Mowrer & Svanberg] 

• Repeterbarhet: 2% 

• Detektionsgräns: 0.07µg/m 3 

• Genombrott

22 

Kontinuerlig provtagning och analys av VOC 

De 30 ozonbildande VOC där 

mätningar rekommenderas enligt ozondirektivet 

2002/3/EC 

Metoden har satts upp och 

kvalitetsgranskats i ett specialprojekt 

inom miljöövervakningen 2004. 

Sex mätveckor per år. 

En vecka / månad 

Etan Isobutan Isopentan n-Heptan m+p-Xylen 

Eten 1-Buten 1-Penten n-Oktan o-Xylen 

Etyn Trans-2-Buten 2-Penten Isooktan 1,2,4-Trimetylbensen 

Propan Cis-2-Buten Isopren Bensen 1,2,3-Trimetylbensen 

Propen 1,3-Butadien n-Hexan Toluen 1,3,5-Trimetylbensen 

n-Butan n-Pentan Isohexan Etylbensen Formaldehyd 


23 

Kontinuerlig provtagning 

och analys av VOC 

Detektionsgränser: 0.04-0.3 µg/m 3 

•El på mätstationen 

•Gastuber på plats 

•Fler parametrar 

Etan Isobutan Isopentan n-Heptan m+p-Xylen 

Eten 1-Buten 1-Penten n-Oktan o-Xylen 

Etyn Trans-2-Buten 2-Penten Isooktan 1,2,4-Trimetylbensen 

Propan Cis-2-Buten Isopren Bensen 1,2,3-Trimetylbensen 

Propen 1,3-Butadien n-Hexan Toluen 1,3,5-Trimetylbensen 

n-Butan n-Pentan Isohexan Etylbensen Formaldehyd 


“Kontinuerlig” provtagning och analys: 

GC-analys på plats 

24 

• Det vanligaste sättet att 

förkoncentrera de organiska 

föreningarna är att luften 

pumpas genom en kylfälla 

• Vid provtagningen används 

en massflödesregulator för 

att reglera flödet. 

(12 ml/min under 40 minuter 

ger 0.5 liter) 


25 


Luften pumpas genom en kylfälla ⇒ volatila 

kolväten adsorberas 

Kylfällan upphettas ⇒ föreningarna 

desorberas in på gaskromatografens 

analyskolonner 

Insamling av prov under 

40 minuter, 

analys 20 minuter 

⇒ ett prov per timme 


26 


med parallella analyskolonner 

Aluminium PLOT- 

kolonn med Na 2 SO 4 

FID 1 

Bärgas/prov 

in 

CP Sil 5CB 

Deans switch 

FID 2 

deaktiverad 

restriktionskolonn 


27 

Kontinuerlig provtagning och analys av 

VOC med parallella analyskolonner 

Volatila organiska 

föreningar med ca 2-6 

kolatomer 

Kolonn:Aluminium 

PLOT-kolonn med 

Na 2 

SO 4 

Volatila organiska 

föreningar med ca 6-10 

kolatomer 

Kolonn:CP-Sil 5CB 


28 



• Kan användas för kolväten från 2 kolatomer (etan, eten) 

• Vid en provvolym på 0.5 liter erhålls kvantifieringsgränser 

omkring 0.04-0.3 µg/m 3 . 

• Vid mätning av kolväten med större genombrottsvolymer 

kan större volymer provtas =>lägre 

detektionsgränser 


29 



Vi använder en "nafion-slang" med motriktat flöde av 

torr luft för att torka luften vid provtagningen 

Detta gör att små, polära ämnen inte kan mätas i låga 

koncentrationer. 


Aktiva mätningar av volatila kolväten 

(VOC) i luft kring Stenungsund 

september 2006 - september 2007 

30 

• 8 industrirelaterade VOC 

• Provtagning under 40 

minuter varje timma; 

"timmedelvärden" 

• Vindriktning, vindhastighet, 

temperatur & CO 


31 

Aktiva mätningar av VOC i luft 

De VOC som mättes: 

• Etan 

• Eten 

• Propan 

• Propen 

• 1,3-Butadien 

• Bensen 

• Vinylklorid 

• 1,2-Dikloretan 


Placering av mätplatser och industrier 

kring Stenungsund 

32 

Ödsmål 

Krackeranläggning 

Akzo Nobel 

Perstorp Oxo 

Hydro Polymers 

Stenungsön 

Borealis Polyeten 

Västergårdsvägen 


33 

Flytt av mätstation 


34 

VOC-mätningar januari 2007-juni 2008 

Halterna av eten, propen, 1,3-butadien och bensen 

16 

Lahälla 

Max = Medel = 0.91 

Min = 0 

120 

Lahälla 


Min = 0.025 

eten, µg/m3 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

propen, µg/m3 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

0701 0707 0801 

0 

0701 0707 0801 

1.6 

Lahälla 


Min = 0.01 

7.0 

Lahälla 


Min = 0.02 

1,3-butadien, µg/m3 

1.4 

1.2 

1.0 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

bensen, ug/m3 

6.0 

5.0 

4.0 

3.0 

2.0 

1.0 

0.0 

0701 0707 0801 

0.0 

0701 0707 0801 


35 

Eten 


36 

Bensen 


37 

Provtagning av VOC i deaktiverade 

kanistrar 

• Kan ge ett momentanprov 

eller en provtagning över 

flera timmar eller dagar 

• Skrymmande och dyr att 

transportera 


38 

Provtagning av VOC i deaktiverade 

kanistrar 

• Behöver förkoncentreras 

innan analys 

• Kräver avancerad 

analysutrustning 


39 

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) 

• PAHer hittas i omgivningsluft (pg/m 3 ) 

• De bildas vid ofullständig förbränning av organiskt material 

• Viktiga källor är transportsektorn och energiproduktion 

• I urbana miljöer bidrar vägtrafik och lokal biobränsleförbränning 

till en ökad förekomst av PAHer 

• De flesta PAHer är stabila i atmosfären och 

långdistanstransporteras 


40 

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) 

Egenskaper 

• PAHer är semivolatila vilket innebär att de i 

atmosfären transporteras både i gas- och 

partikelfas 

• PAHer hittas huvudsakligen på partiklar

41 

PAH-mätteknik 

Emissionsprovtagning av PAH inkluderar 

komponenter både i gas- och partikelfas 

•Gasen kyls före provtagningen och kondensatet 

samlas in för analys 

•Ett provtagningsmodul med hylsfilter för de 

partikelbundna PAHerna och en adsorbent av 

polyuretane skum (PUF) för provtagning av dem i 

gasfas används ofta 


42 

PAH-mätteknik, omgivningsluft 

Luftprovtagning av PAH inkluderar komponenter både i 

gas- och partikelfas 

Ett filter för provtagning av de partikelbundna 

PAHerna från luften och en adsorbent av polyuretane 

skum (PUF) för provtagning av dem i gasfas, är den 

mest använda tekniken 

Även andra semivolatila ämnesgrupper som 

pesticider, flamskyddsmedel m fl 

Högvolymsprovtagning för dygnsprover och 

lågvolymsprovtagning för veckoprover 


43 

ProvtagningavPM 10 and PM 2.5 

En enkel och billig utrustning för automatisk dygnsprovtagning 

av PM 10 och PM 2.5 harutvecklatsavIVL* 

• Filter metod med gravimetrisk analys 

• Som tillägg till den gravimetriska analysen behövs ibland 

en kemisk karakterisering av partiklarna, tex av PAHer eller 

metaller 

* Martin Ferm 


44 

IVLs PM 10 provtagare 

Dygnsprovtagning 

20-25m 3 /dygn 


Råö-långdistanstransport 

45 


Nedfallsmätningar 

46 


47 

Tack för 

uppmärksamheten!

Provtagning och analys av organiska Ã¤mnen i luft

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?