Charakterisierung von Feinstaubproben an zwei Wiener Schulen

 

Im Rahmen eines „Sparkling-Science“ Projektes wurde es vier SchülerInnenn des Umweltzweiges der HBLVA für chemische Industrie, in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Wien, ermöglicht, eine Diplomarbeit über die Zusammensetzung von Feinstaubproben in zwei öffentlichen Schulen zu verfassen. „Sparkling Science“, ein Forschungsprogramm des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung, fördert seit 2007 mit unkonventionellen Methoden große Forschungs- und kleinere Schulforschungsprojekte des wissenschaftlichen Nachwuchses. Besonders die Zusammenarbeit mit WissenschaftlerInnen in bereits 167 Projekten steht im Vordergrund.

 

Im Rahmen des Feinstaub-Projektes wurden bereits von Jänner bis März 2011 die drei abgebildeten Messgeräte in der HBLVA Rosensteingasse und anschließend im BG 13 Fichtnergasse aufgestellt. Ein Gerät misst kontinuierlich den Staubgehalt, die zwei weiteren sammeln den Feinstaub (<PM10) auf Filtern für die nachfolgende Analytik.  In beiden Schulen wurden und werden auch im November 2011 Messungen im Innen- und Außenbereich durchgeführt. Zusätzlich wird die persönliche Belastung durch Feinstaub mit zwei tragbaren Geräten ermittelt. 

 

Das Diplomarbeitsteam führt die Analysen der  beprobten (Quarzfaser- und Celluloseacetat-) Filter mittels Ionenchromatographie (IC), Induktiv-gekoppelter-Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) und thermooptischer Methoden in Zusammenarbeit mit der TU Wien durch. Durch Vergleich der ermittelten Ionen-, Metall- und Kohlenstoffgehalte mit der Konzentration an OH-Radikalen, die als Maß für  oxidativen Stress gelten und mit Hilfe der Elektronenspinresonanz (ESR) gemessen werden, kann eine Aussage über mögliche gesundheitliche Auswirkungen getroffen werden. Die Ergebnisse können theoretisch aufgrund der Jahreszeit oder des Probennahmeortes merklich voneinander abweichen. 

 

Der ionenchromatographisch ermittelte eluierbare Anteil von NH4+, K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, NO3- und SO42- stellt einen großen Prozentsatz der Feinstaubmasse (15 bis 60 Prozent) dar und ist maßgebend für die Bestimmung von Emissionsquellen, wie geogenes Material oder Industrieabgase. 

 

Einen weiteren wesentlichen Anteil liefern die verschiedenen Kohlenstofffraktionen. Der Gesamtkohlenstoff (TC) setzt sich aus dem elementaren (EC) und dem organischen Anteil zusammen. Zusätzlich kann der Carbonatanteil analysiert werden. Bei den thermooptischen Methoden werden diese Fraktionen bei charakteristischen Temperaturen zu Kohlendioxid umgewandelt und können so unterteilt werden, diese Ergebnisse können ebenfalls zur Ermittlung der Emissionsquellen herangezogen werden.

 

Viele Metalle können beim Überschreiten bestimmter Grenzkonzentrationen die Gesundheit beeinträchtigen. Mit der zerstörungsfreien RFA werden Si, Al, und Fe bestimmt, mittels ICP, welche einen Totalaufschluss der Celluloseacetatfilter voraussetzt, Elemente von Mg bis Pt. Für die Metallanalytik sind Quarzfaserfilter ungeeignet, da sie Si enthalten und damit nicht blindwertfrei sind.

 

Zur Abschätzung der Schädlichkeit des Feinstaubes dient die mittels ESR erhaltene Konzentration an OH-Radikalen in der Probe. Die bei der Reaktion mit H2O2 entstandenen Radikale werden mit sog. „Spin-Fallen“ stabilisiert und anschließend gemessen. 

Dem Diplomarbeitsteam wurde es durch „Sparkling Science“ und durch die finanzielle Unter-stützung des „VÖCHICHT“ ermöglicht, die bereits gewonnen Ergebnisse bei den Österreichischen Chemietagen 2011“ in Linz zu präsentieren, und die TU Wien organisierte die Teilnahme bei ICCPA 2011 in Wien. 

 

Besonderer Dank gilt dem Projekt „Sparkling Science“, den MitarbeiterInnen der TU Wien und den LehrerInnen der HBLVA 17 für die Unterstützung und Beratung.