Abgastests sind ein wichtiges Verfahren zur Messung und Kontrolle der Luftverschmutzung durch Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, Kraftwerke und andere motorbetriebene Geräte, die Abgase und Verdunstungsemissionen erzeugen.

Feinstaub, auch Partikelverunreinigung genannt, ist der allgemeine Begriff, der Feststoffpartikel und flüssige Tröpfchen in der Luft umschreibt. Beim Einatmen können diese Partikel das Herz und die Lungen schädigen und schwerwiegende gesundheitliche Probleme verursachen. Aufgrund potentieller Gesundheitsrisiken werden die Partikelklassen PM10 und PM2.5 (d. h. Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 10 µm bzw. 2,5 µm) sorgfältig überwacht, sowohl an den Emissionsquellen als auch allgemein in der Luft.

Die gravimetrische Analyse von durch Filtration gesammeltem Feinstaub ist die häufigste Methode zur Bestimmung der Feinstaubkonzentration in der Umgebungsluft sowie der Menge an Feinstaub in Abgasen.

Warum genaues Wägen so wichtig ist

Das Wägen von Feinstaub auf Filtern ist eine Differenzwägeanwendung. Da die Menge an gesammeltem Feinstaub in Bezug auf das Gewicht sehr klein ist, müssen die Filter sowohl vor als auch nach dem Auftragen von Feinstaub sehr genau gewogen werden.
Im Allgemeinen schreiben Richtlinien eine Waage mit einer Auflösung von 1 μg oder 0,1 μg und entsprechender Wiederholbarkeit vor.

Das Gewicht von Feinstaub, der für Abgastests mit Filtern gesammelt wird, kann äusserst gering sein. Daher muss das Wägeverfahren sehr genau durchgeführt werden. Excellence-Mikrowaagen mit speziellem Filterwäge-Kit eignen sich perfekt für Abgastests. Die herausragende Wiederholbarkeit und die niedrigstmögliche Mindesteinwaage sorgen für die Wägeleistung, die Sie brauchen.

Die folgende Abbildung beschreibt die gravimetrische Bestimmung der Feinstaubmenge auf Filtern:

Idealerweise sollte das Filterwägen in einem Reinraum stattfinden, um eine potentielle Kontaminierung durch Umgebungsluft zu verhindern sowie um Temperatur und Feuchte besser kontrollieren zu können. Alternativ kann eine Glove-Box verwendet werden, aber dadurch wird der Prozess eher umständlich, insbesondere wenn eine grosse Anzahl von Filtern gewogen wird. Beim Filterwägen gibt es noch weitere Herausforderungen:

Filterhandhabung

• Material: Einige Filtermaterialien sind weich und nur schwer zu handhaben. Benutzer müssen darauf achten, nicht die Oberfläche zu berühren oder den Filter zu beschädigen (was nur zu leicht passiert).
• Feuchte: Eine der grössten Herausforderungen beim Wägen von Filtern ist die Tatsache, dass sie hoch empfindlich gegenüber Feuchte in der Umgebung sind. Durch ihr hygroskopisches Verhalten erscheinen sie schwerer, was die Genauigkeit der Resultate negativ beeinflusst. Ausserdem können Feinstaubablagerungen Wasser enthalten, was sich auf das Gesamtresultat auswirkt.
• Elektrostatische Ladung: Filter sind zudem anfällig für elektrostatische Aufladung.
  Wenn nichts dagegen unternommen wird, kann diese weitere Partikel anziehen, was fehlerhafte Resultate zur Folge hat.
  Darüber hinaus können diese elektrostatischen Ladungen Anziehungs-/Abstossungsfelder in der Umgebung erzeugen, wodurch wiederum das Wägeresultat verzerrt wird.
• Auftrieb: Filter weisen eine geringere Dichte auf, wodurch sie empfindlich für Luftauftrieb sind und leichter erscheinen, als sie eigentlich sind. Der Einfluss des Luftauftriebs ändert sich bei schwankender Temperatur, Feuchte und einem veränderten Druck.
  Wenn die Filter vor und nach dem Hinzufügen von Feinstaub in derselben Umgebung (z. B. Reinraum) gewogen werden, kann die Auswirkung des Auftriebs in beiden Fällen als gleich angesehen werden. Allerdings muss durch Ausgleichen des Einflusses vom Luftauftrieb das tatsächliche Gewicht bestimmt werden, um die Messunsicherheit zu reduzieren.

Nachverfolgung von Proben

Die Prozesse sind zusätzlich komplex, da die Herkunft der Filter präzise zurückverfolgt werden muss. Jeder Filter wird vorgewogen, in einem etikettierten Behälter platziert, akklimatisiert und dann zum Teststandort transportiert. Nach der Feinstaubbeladung werden die Filter zurück zum Labor transportiert und nachgewogen. Allerdings ist die Genauigkeit in Gefahr, wenn es kein ausfallsicheres System gibt, das sicherstellt, dass die Filter bei der Verarbeitung nicht vertauscht werden.

Wägegenauigkeit

Da mehrere Richtlinien vorgeben, welche Waage verwendet werden sollte, ist es überaus wichtig, dass die Waage die Anforderungen der Filterwägeanwendung erfüllt. Bei solch kleinen Proben ist die Mindesteinwaage der Waage von entscheidender Bedeutung. Eine Probe unterhalb dieses Gewichts zu wiegen, ist nicht zuverlässig und nicht genau genug.

Zeit

Bei Abgastests kann das Filterwägen viel Zeit in Anspruch nehmen. Akklimatisierungsprozesse, der Transport zum und vom Prüfort, die aufwendige Handhabung und eine Waage mit einer langen Einschwingzeit tragen dazu bei, dass ein typischer PKW-Abgastest bis zu 2 Tage oder länger dauern kann.

Die XPR-Mikrowaagen von METTLER TOLEDO bieten eine einzigartige Präzision und ungewöhnlich niedrige Mindesteinwaagen. Die XPR2U ist mit einem speziellen Filterwäge-Kit ausgestattet und hat eine Ablesbarkeit von 0,2 µg, wodurch sie ideal für das Filterwägen geeignet ist. Ausserdem verfügt sie über aktive Qualitätssicherungsfunktionen, mit denen gewährleistet ist, dass die Wägeresultate die festgelegten Toleranzen und Standards einhalten. Durch die eingebaute Benutzerführung wird sichergestellt, dass der Ablauf des Differenzwägens präzise eingehalten wird.
 

Die richtigen Werkzeuge

Durch den integrierten Barcodeleser können Proben schnell identifiziert werden und belastete Filter automatisch mit den vorgewogenen Resultaten verbunden werden. Dies beschleunigt die Prozesse und reduziert die Anzahl der Handhabungsfehler. Durch die Elektrode eines AntiStatik-Kits werden jegliche elektrostatische Ladungen in den Filtern neutralisiert und es wird sichergestellt, dass das tatsächliche Feinstaubresultat gemessen wird.
 

Dank der vielen Verbindungsoptionen können die Wägeresultate direkt in eine Tabelle, auf einem PC oder in ein Datenbanksystem eines Unternehmens exportiert werden, um später überprüft und analysiert zu werden.

Die Pinzetten von METTLER TOLEDO sind so konzipiert, dass sie die korrekte Handhabung der empfindlichen Filter sicherstellen, während sie in der Aufbewahrungskartusche und im Filterwäge-Kit verstaut und aus diesen entnommen werden.

Sehen Sie sich dieses Video an, um die wichtigsten Produkthighlights der Filterwägelösungen von METTLER TOLEDO für Abgastests kennenzulernen. Wählen Sie aus innovativen manuellen Lösungen mit einer Analysen- oder Mikrowaage oder einer vollautomatischen Lösung mit einem Robotersystem, das gemeinsam mit HORIBA entwickelt wurde.

Maximieren Sie die Qualität Ihrer Wägeresultate in zehn Schritten und gestalten Sie den kritischen Vorgang des Mikrowägens noch effizienter.

Die XPR-Mikrowaagen von METTLER TOLEDO sind mit der LabX-Laborsoftware vollständig kompatibel. LabX führt den Bediener auf der Waage durch alle Arbeitsanweisungen. Die Software erkennt das Beladen und Entladen von Filtern, wodurch der Prozess vereinfacht und beschleunigt wird.

LabX zeichnet automatisch die Gewichtswerte zu den entsprechenden Proben-IDs auf und führt alle Berechnungen automatisch durch, einschliesslich der Luftauftriebskorrektur.

Alle Daten und Resultate werden zur lückenlosen Rückverfolgbarkeit sicher in einer zentralen Datenbank gespeichert. Die benutzerdefinierten Berichte können ausgedruckt oder auf ein internes Informationssystem übertragen werden.

Bei mehr als 40 gewogenen Filtern pro Tag ist der PFS-ONE-Filterroboter in Kombination mit der XPR2U die perfekte Automatisierungslösung.

Der innovative Filterhalter ermöglicht die Identifizierung, Akklimatisierung, Lagerung, den Transport und das Wägen in einer Kartusche – ohne Unterbrechung und ohne den Filter entnehmen zu müssen. Zudem dient er als Faradayscher Käfig, wodurch elektrostatische Einflüsse reduziert werden.

Durch das automatische Probenwechseln können Filter mühelos vor- und nachgewogen werden und Resultate werden zu Analysezwecken sofort auf einen PC übertragen.

Wenn Sie grosse Filter verwenden, z. B. zur Analyse industrieller Filtrationen, eignen sich die praktischen und kostengünstigen Lösungen zum Wägen grosser Filter auf Ihrer Analysenwaage von METTLER TOLEDO. Durch ein zusätzliches Filterwäge-Kit können Filter bis zu 110 mm bequem auf einer Excellence-Analysenwaage von METTLER TOLEDO gewogen werden. Zum Wägen von Filtern bis zu 150 mm wird ein spezieller ErgoClip empfohlen. Beide Lösungen können schnell und unkompliziert an Ihrer Waage installiert werden.