Stickstoffdioxidmessungen am Sonnblick unter der Verwendung der NaI Methode | Martin W. Koller

Stickstoffdioxid (NO₂) ist verantwortlich für eine Reihe von negativen Auswirkungen auf den Menschen und die Umwelt. Durch Messung einer Hintergrundkonzentration im hochalpinen Bereich können Erkenntnisse über langjährige Trends der Konzentration dieses Luftschadstoffes gewonnen werden. Die NaI Methode wird zur Bestimmung von Tagesmittelwerten von NO₂ von EMEP für Hintergrundmessstellen empfohlen. Im Rahmen einer Diplomarbeit der TU-Wien wurden die analytischen Parameter dieser Methode untersucht und schließlich während eines Jahres mehrere Messserien am hohen Sonnblick durchgeführt.

Allgemeines zu Stickoxiden

Stickoxide, kurz NO_x, setzen sich zusammen aus Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂) und entstehen hauptsächlich durch Verbrennung von Brennstoffen bei hohen Temperaturen. Eine der Hauptquellen für NO_x ist der Verkehr. Derzeit werden in Österreich etwa 150.000 t NO_x emittiert, wobei der Emissionstrend eindeutig einen Rückgang anzeigt. Zum Vergleich: 1990 waren es noch knapp 225.000 t. [Quelle: Umweltbundesamt]

NO_x haben mehrere schädliche Auswirkungen. (Stickstoffoxide in der Atmosphäre - Luftqualitätskriterien NO₂, Österreichische Akademie der Wissenschaften)

Einerseits beeinträchtigen sie direkt die menschliche Lungenfunktion, wobei NO₂ in diesem Fall eine bedeutend größere Gefahr als NO darstellt. Weiters Stickoxide tragen außerdem maßgeblich zur bodennahen Ozonbildung bei, sind neben Schwefeldioxid verantwortlich für sauren Regen und bewirken damit Versauerung sowie Eutrophierung (Überdüngung) der Böden. In der Atmosphäre entsteht aus NO_x gemeinsam mit Ammoniak partikelförmiges Ammoniumnitrat, welches besonders in der kalten Jahreszeit einen erheblichen Beitrag zur Feinstaub Belastung (PM10) liefert.

Derzeit gibt es in Österreich 141 Messstellen, welche NO_x gemäß IG-L überwachen. Sie arbeiten auf lokaler und regionaler Ebene. (siehe Immissionsschutzgesetz-Luft)

Stickoxid-Messungen am Sonnblick sind aber insofern etwas besonderes, da es hier möglich ist Informationen über die Hintergrundkonzentrationen zu erhalten. Auf der abgelegenen Bergstation lässt sich die NO_x-Konzentration ohne den störenden Einfluss von nahe gelegenen Emittenten messen. Auf diese Weise können Aussagen über kontinentale Trends getroffen werden. Das meteorologische Observatorium Sonnblick bildet gemeinsam mit den Observatorien am Schweizer Jungfraujoch, sowie den deutschen Stationen auf der Zugspitze und am Hohen Peissenberg die Europäische Grundlinien Station im Globalen Atmosphären Beobachtungsnetz (GAW) der World Meteorological Organisation (WMO)

Diskontinuierliche NO₂ Messungen am Sonnblick

Ziel dieses Projektes war zu prüfen, ob die von EMEP (Cooperative Programme for Monitoring and Evaluation of the Long-range Transmission of Air Pollutants in Europe) vorgeschlagene NaI-Methode für routinemäßige Untersuchungen am Sonnblick geeignet ist und verschiedene analytische Parameter dieser Technik zu erfassen. Hintergrund ist die Tatsache, dass auf Grund von Interferenzen reguläre Geräte Probleme bei der genauen NO₂ Messung haben. Diese Problematik wirkt sich besonders bei den sehr niedrigen Konzentrationen, welche am Sonnblick vorherrschen, aus.

Derzeit wird die so genannte Natriumjodid-Methode, oder eine ihrer Abwandlung, von etwa 50% der 57 von GAW gelisteten globalen und regionalen Stationen, welche NO₂ messen, eingesetzt. (GAWSIS)

Die von EMEP vorgeschlagene Methode basiert auf der nasschemischen Umwandlung von Nitrit (NO₂^-) in einen Azofarbstoff, welcher dann photometrisch bestimmt wird. Am Sonnblick wird NO₂ jeweils 24 h lang auf mit Natriumjodid imprägnierten porösen Glassinterplatten, welche in Glasrohren eingeschlossen sind, gesammelt und als Nitrit fixiert. Diese Glasrohre werden dann verschlossen und nach Wien verschickt wo sie im Labor der TU Wien analysiert werden.

Projektergebnisse:

Abbildung 1 Ergebnisse Sonnblick (NO2 Konzentration = grün; Erfassungsgrenze = rot; verwendeter Gasfluss = grau)

Die harschen Bedingungen am Sonnblick und die sehr niedrige vorherrschende Konzentration bewirken, dass die Originalmethode angepasst werden muss, sowohl im Sampling- als auch im Analysenteil. So konnte durch leichte Veränderungen der chemischen Analyse die Auflösung der Methode im Spurenbereich verfünffacht werden

Eine wesentliche Rolle für die Abscheideeffizienz spielt die relative Luftfeuchtigkeit. Bei >35% r.h. kann eine Probennahme auch bei Flüssen von bis zu 0,25 Nm³/h mit einer Effizienz von >90% durchgeführt werden. Bei <30% r.h. sinkt die Abscheideeffizienz auf 60-80 % selbst bei Flussraten von nur 0,10 Nm³/h.

Die NaI-Methode kann daher zur Bestimmung von Tagesmittelwerten am Sonnblick eingesetzt werden.

Während 33% der untersuchten Tage betrug die NO₂ Konzentration unter 0,1 ppb und 71% der untersuchten Tage lag sie unter 0,3 ppb.

Die durchschnittliche Konzentration von NO₂ am Sonnblick während der gemessenen Tage war 0,22 ppb (= 0,45 µg NO₂/m³). Der Vergleich mit dem derzeit gültigen Jahresmittelgrenzwert (IG-L) von 40 µg NO₂ /m³ zeigt, wie gering (~1%) dieser Wert ist.