Staubinhaltsstoffe
Nach der Bestimmung des Feinstaubs wird der belegte Filter noch auf weitere Schadstoffe untersucht. An den Feinstaub ist nämlich eine Menge von Stoffen angelagert oder der Staub selbst besteht aus chemischen Stoffen, die ebenfalls toxikologisch relevant sein können. Zu den Stoffen gehören unter anderem Schwermetalle und Metalloide sowie organische Substanzen, wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Ruß.
Um die Schwermetalle zu erfassen, müssen diese zunächst in Lösung gebracht werden. Hierzu wird ein Aufschluss mit hoher Aufschlusskraft benötigt. Im iLab wird dazu konzentrierte Salpetersäure und Wasserstoffperoxid eingesetzt. Diese Chemikalien setzen im Druckautoklaven, der mikrowellengesteuert erhitzt wird, die Inhaltsstoffe der Probe frei. Die so entstandene Probenlösung wird mit einem ICP/MS - Analysensystem untersucht. Dabei wird die Probe in einem zirka 7000 °C heißen Argonplasma ionisiert. Die entstandenen Ionen werden durch einen Quadrupol - Massenspektrometer geleitet und damit entsprechend ihrer Masse getrennt. Ein Detektor zählt für jedes Isotop die Anzahl der auftreffenden Teilchen. Auf diese Weise ist eine sehr selektive und gleichzeitig nachweisstarke Analytik möglich. Durch die ICP/MS ist das iLab in der Lage, bis zu 60 Elemente in einem Analysenlauf zu analysieren. Grenzwerte sind in der 39.BImSchV für die Elemente Blei, Cadmium, Arsen und Nickel festgelegt.
Auch Benzo[a]pyren (BaP) ist ein Stoff, der an den Staub angelagert ist. Er gehört zur Gruppe der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) und tritt bei jedem Verbrennungsprozess auf, bei dem fossile Brennstoffe verbrannt werden. Dies ist in größerem Umfang bei Heizungsanlagen der Haushalte, Kohle- und Biomassekraftwerken, aber auch bei industriellen Prozessen wie Kokereien der Fall. Auf Grund der hohen toxikologischen Relevanz der PAK hat die Europäische Union einen Grenzwert für Benzo[a]pyren als Leitkomponente für alle PAK festgelegt. Der Grenzwert von 1 ng/m³ berücksichtigt die neben Benzo[a]pyren parallel auftretenden PAK in toxikologischer Hinsicht. Die Analyse von BaP wird mittels HPLC durchgeführt. Die HPLC ist ein Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatograph. Bevor jedoch BaP in messfertiger Form vorliegt, muss es wie bei anderen staubgebundenen organischen Verbindungen aus der Probe herausgelöst werden. Ein Aufschluss, wie er bei der Probenvorbereitung für die Schwermetalle eingesetzt wurde, würde die organischen Verbindungen zerstören. Daher wird Toluol als Lösemittel eingesetzt, das in der Probe vorliegende organische Verbindungen extrahiert. Nach der Extraktion wird die Probe eingeengt und mit Acetonitril aufgenommen. Diese Lösung ist nun messfertig und kann mittels HPLC aufgetrennt und an einem für PAK sehr empfindlichen Fluoreszenzdetektor analysiert werden. Da der Grenzwert mit 1 ng/m³ sehr niedrig liegt, muss eine Nachweisgrenze von 0,1 ng/m³ erreicht werden, was eine besondere Herausforderung für die Analytik bedeutet.
Auch Dieselruß ist wie die Schwermetalle und Benzo[a]pyren ein Bestandteil des Feinstaubs. Es ist zwar derzeit kein Grenzwert für Dieselruß festgelegt, jedoch sind sich Toxikologen mittlerweile sicher, dass Dieselruß mit Partikelgrößen unterhalb von 1 µm Größe ein erhebliches toxikologisches Potential besitzt. Außerdem haften an Dieselruß - Partikeln erhebliche Mengen an organischen Stoffen, wie Benzo[a]pyren, da Dieselruß hauptsächlich aus Verbrennungsprozessen von Dieselmotoren stammt. Aus diesem Grund wird zurzeit von der Europäischen Union eine Norm zur Messung von Dieselruß in Auftrag gegeben, die bislang in Form eines Technischen Reports in ihrer ersten Entstehungsstufe ist. Dieselruß ist definitionsgemäß der elementare Kohlenstoff (EC). Die Bestimmung ist besonders komplex, da der EC vom organischen Kohlenstoff (OC) abgetrennt werden muss. Um auf künftige Aufgaben eingerichtet zu sein, verfügt das iLab bereits jetzt über einen Thermographen, mit dem die Dieselrußbestimmung und die des organischen Kohlenstoffs möglich sind. Zur Analyse werden die Filter, die zur Feinstaubanalyse verwendet wurden, eingesetzt. Ein Teilsegment wird zunächst unter Helium thermisch desorbiert, danach unter Zusatz von Sauerstoff verbrannt. Der Kohlenstoff, der bei der Verbrennung CO2 bildet, ist der elementare Kohlenstoff. Detektiert wird der Kohlenstoff nach Umformung zu Methan in einem Flammenionisationsdetektor (FID).