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The ISO 16000-6 standard gives directions to adapt the analysis of volatile organic compounds (VOCs) in indoor and test chamber air to very volatile organic compounds (VVOCs). The same techniques with sorbent-based active sampling, thermal desorption and gas chromatography coupled with mass spectrometry (TD-GC/MS) should be used. However, VVOCs require gaseous standards, an adapted GC column and a reliable sampling adsorbent. This work presents experimental results to tackle those three experimental gaps. A stable standard gas mixture containing 47 VVOCs, 13 VOCs and an internal standard was successfully generated. It was employed to study the suitability of seven types of chromatography columns. The use of PLOT (Porous Layer Open Tubular) columns such as PoraBOND Q is well suitable for VVOC analysis. The recoveries of the 60 analytes on a total of 16 adsorbents and their combinations were determined: A combination of the graphitized carbon black Carbograph 5TD 40/60 and the carbon molecular sieve CarbosieveTM SII showed great recoveries for all analytes. Carbon molecular sieves adsorb water which can impair the analysis. A dry purge of the multi-sorbent in the sampling direction led to a complete water removal and promising recoveries of the analytes.
Nitroaromaten und insbesondere Trinitrotoluol (TNT) sind weit verbreitete Spreng- und Umweltschadstoffe. Die größte Herausforderung bei der Detektion von TNT in der Gasphase ist der geringe Dampfdruck. Derzeit werden vielerorts günstige, schnelle, handliche und einfach zu bedienende Alternativen zur klassischen TNT-Analytik entwickelt. Aktuell existieren keine einheitlichen Richtlinien für Sprengstoffsensoren. Hier wird die Entwicklung eines Messplatzes zur Validierung von Sprengstoffsensoren sowie die Erprobung eines kompakten Mustersensors vorgestellt.
The reliable measurement of very volatile organic compounds (VVOC) in indoor air by use of thermal desorption gas chromatography (TD-GC) in order to include them into evaluation schemes for building products even nowadays is a great challenge. For capturing these small molecules with carbon numbers ranging from C 1 –C 6 , strong adsorbents are needed. In the present study, recovery rates of nine suitable adsorbents of the groups of porous polymers, graphitised carbon blacks (GCB) and carbon molecular sieves (CMS) are tested against a complex test gas standard containing 29 VVOC. By consideration of the recovery and the relative humidity (50% RH), combinations of the GCB Carbograph 5TD, the two CMS Carboxen 1003 and Carbosieve SII as well as the porous polymer Tenax® GR were identified to be potentially suitable for sampling the majority of the VVOC out of the gas mix. The results reveal a better performance of the adsorbents in combination than being used alone, particularly under humid sampling conditions. The recovery rates of the chosen compounds on each adsorbent should be in the range of 80–120%.
The ISO 16000-6 standard describes a method for the determination of volatile organic compounds (VOCs) in indoor and test chamber air by sorbent-based active sampling, thermal desorption and gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC/MS). It also gives directions to adapt this methodology to very volatile organic compounds (VVOCs). Indeed, toxicologically based guideline values are being implemented for these compounds and it becomes necessary to measure them. But a comprehensive and robust measurement method is lacking. This work highlights the points that still need to be explored towards the standardisation of a suitable procedure: investigations on sorbent combinations, the suitability of chromatography columns and the use of gaseous standards are required. The biggest challenge remains in the fact that strong sorbents adsorb water together with VVOCs. Water may impair the analysis and the optimal approach to eliminate it is still to be found and integrated into the sampling strategy.
On the use of Carbograph 5TD as an adsorbent for sampling VVOCs: validation of an analytical method
(2023)
A standardised method for the analysis of very volatile organic compounds (VVOCs) in indoor air is still missing. This study evaluates the use of Carbograph 5TD as an adsorbent for 60 compounds (47 VVOCs + 13 VOCs) by comparing their recoveries with different spiking modes. The influence of the spiking of the tubes in dry nitrogen, humidified air or along the whole flushing duration mimicking real sampling was investigated. 49 substances (36 VVOCs from C1 to C6) had recoveries over 70% on the adsorbent in humidified air and were validated. The linearity of the calibration curves was verified for every spiking mode and the limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) were determined. The LOQs were lower than the existing indoor air guideline values. The robustness of the method was considered by studying the influence of the sampling volume, the sampling flow rate, the humidity level and the storage of the tubes. In general, the most volatile or polar substances were the less robust ones. The combined measurement uncertainty was calculated and lies below 35% for a vast majority of the substances. An example of an emission chamber test using polyurethane foam is shown: Carbograph 5TD performs much better than Tenax® TA for VVOCs and emissions from n-butane were quantified with combined measurement uncertainty.
Natural building materials for interior fitting and refurbishment - What about indoor emissions?
(2021)
Indoor air quality can be adversely affected by emissions from building materials, consequently having a negative impact on human health and well-being. In this study, more than 30 natural building materials (earth dry boards and plasters, bio-based insulation materials, and boards made of wood, flax, reed, straw, etc.) used for interior works were investigated as to their emissions of (semi-) volatile organic compounds ((S)VOC), formaldehyde, and radon. The study focused on the emissions from complete wall build-ups as they can be used for internal Partition walls and the internal insulation of external walls. Test chambers were designed, allowing the compounds to release only from the surface of the material facing indoors under testing Parameters that were chosen to simulate model room conditions. The emission test results were evaluated using the AgBB evaluation scheme, a procedure for the health-related evaluation of construction products and currently applied for the approval of specific groups of building materials in Germany.
Seventeen out of 19 sample build-ups tested in this study would have passed this scheme since they generally proved to be low-emitting and although the combined emissions of multiple materials were tested, 50% of the measurements could be terminated before half of the total testing time.
Vor dem Hintergrund der anhaltenden öffentlichen Diskussion um mögliche gesundheitliche Risiken von Ultrafein- und Feinstaubemissionen aus Bürogeräten mit Laserdruckfunktion (LPD, Laser Printing Device) wurde vom Umweltbundesamt ein Forschungsvorhaben zur Entwicklung einer Prüfprozedur für die Quantifizierung der emittierten Partikel durch Zählung unter Standardbedingungen in Emissionsmesskammern, sowie zur physikalischen und chemischen Charakterisierung dieser Aerosole initiiert. Als Ergebnis konnte die Partikelzählung in den Entwurf des Prüfverfahrens für die Bestimmung von Emissionen (RAL-UZ-122, Anhang S-M) des Umweltzeichens "Blauer Engel" für Bürogeräte sowie in den Prüfstandards ECMA-328 und den Entwurf der ISO/IEC 28360 integriert werden. Die Methode wurde in einem internationalen Ringversuch erfolgreich getestet. Auf dieser Basis können Vergabekriterien und -werte für die Emission von Fein- und Ultrafeinpartikeln im Rahmen der Vergabe des Umweltzeichens Blauer Engel vereinbart und Produktprüfungen vorgenommen werden.
In den Grundsätzen des DIBt zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten in Innenräumen ist das Bewertungsschema des Ausschusses zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB-Schema) als wesentliche Grundlage enthalten.
Dieses Schema bewertet die mit Hilfe einer Prüfkammermessung bestimmten Emissionen von flüchtigen und schwer flüchtigen organischen Verbindungen (VOC und SVOC). Die Prüfkammer dient dabei der Einhaltung standardisierter Klimabedingungen (Temperatur 23°C, relative Luftfeuchtigkeit 50 %) sowie der Einstellung bestimmter Prüfparameter wie Luftwechselrate und Beladungsfaktor. Die Anforderungen an eine Prüfkammer sind in DIN EN ISO 16000-9 beschrieben. Die Analytik und Quantifizierung der VOC geschieht mittels Tenax-Thermodesorption und nachfolgender Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie und ist in DIN ISO 16000-6 beschrieben.
Probenahmen werden am 3. und 28. Tag der Prüfkammermessung durchgeführt. Am dritten Tag erfolgt eine Bewertung der Emissionen aus dem Bauprodukt anhand des TVOC-Wertes und der Summe der detektierten cancerogenen Stoffe (nach 67/548/EWG, Einstufung als cancerogen der Kategorie 1 und 2). Ein Produkt erfüllt die Kriterien, wenn der TVOC-Wert nach 3 Tagen nicht größer als 10 mg/m³ ist und die Summe der Cancerogene 10 μg/m³ nicht übersteigt. Am 28. Tag wird zusätzlich zum TVOC-Wert und den Cancerogenen die Emission von SVOCs berücksichtigt und eine Einzelstoffbewertung anhand von NIK-Werten vorgenommen. Der TVOC-Wert nach 28 Tagen darf nicht größer als 1 mg/m³ sein, die Summe der Cancerogenen nicht größer als 1 μg/m³. Die Summe an SVOCs darf eine Konzentration von 0,1 mg/m³ nicht überschreiten. Der sogenannte R-Wert, die Summe aller Quotienten aus Einzelstoffkonzentration und dem NIK-Wert des Einzelstoffes, darf einen Wert von 1 nicht übersteigen. Außerdem darf die Summe von Substanzen, die keinen NIK-Wert besitzen, nicht größer als 0,1 mg/m³ sein.
Der Ringversuch, der im Rahmen der Untersuchungen zur Verbesserung der Prüfkammermessungen durchgeführt wurde, hatte vor allem den Zweck, den Einfluss unterschiedlicher Methodenparameter bei der Prüfkammermessung in unterschiedlichen Prüflaboratorien zu erfassen. Anhand der Ergebnisse sollte eine Ursachenforschung für die großen Abweichungen der bisher durchgeführten Ringversuche erfolgen. Durch die drei aufeinander aufbauenden Schritte sollte der Einfluss der Analytik, der Probenahme und der Prüfkammer geklärt werden.
Der Ringversuch diente nicht der Anerkennung der teilnehmenden Prüflaboratorien im Bereich der Bauproduktenprüfung für eine DIBt-Zulassung.
Ausgehend von den Prüflaboratorien, die in der Projektgruppe „Prüf- und Messverfahren zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten“ des DIBt mitarbeiteten, wurde der Kreis auf europäische Prüflaboratorien erweitert, die sich ebenfalls mit Prüfkammermessungen an Bauprodukten beschäftigen. Dazu erging ein Einladungsschreiben an alle von vorangegangenen Ringversuchen bekannten Teilnehmer. Insgesamt ergab sich ein Teilnehmerkreis von 29 Instituten, davon 16 aus Deutschland, jeweils zwei aus Österreich, Belgien, Schweden, Dänemark und jeweils eins aus Finnland, Großbritannien, Frankreich, Italien und Portugal. Vor Beginn des Ringversuches waren davon 11 im Zulassungsbereich tätig.
Zur wissenschaftlichen Begleitung wurde durch das DIBt ein Betreuergremium einberufen. In zwei Sitzungen (April und November 2007) wurden die aktuellen Ergebnisse vorgestellt und diskutiert sowie die weitere Vorgehensweise besprochen. Eine Abschlussveranstaltung nach der Auswertung des dritten Schrittes des Ringversuches fand im April 2008 im DIBt statt. Dazu waren alle Teilnehmer eingeladen.
Für die Emissionsmessung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) aus Materialien mit Hilfe von Emissionsprüfkammern sind bisher nur wenige Ringversuche durchgeführt worden (De Bortoli et al. 1999; Jann et al. 2000; Hansen et al. 2000; Oppl and Winkels 2002; Windhövel and Oppl 2005; Kirchner 2007; Oppl 2008). Dabei zeigten sich meist große Streuungen der Ergebnisse.
Ein großes Problem für die Durchführung solcher Ringversuche ist das Fehlen von Referenzmaterialien mit bekannter Emissionsrate von Zielsubstanzen. Deshalb orientiert man sich für die Auswertung solcher Ringversuche am Mittelwert aller Ergebnisse. Dafür ist die Homogenität des Testmaterials von größter Bedeutung. Diese wurde in früheren Ringversuchen nicht wirklich sichergestellt.
Im hier beschriebenen Forschungsprojekt wurde auf die Homogenität des Probenmaterials besonderen Wert gelegt.
Der gesamte Ringversuch wurde in drei Schritte unterteilt. Die einzelnen Schritte wurden dabei von Schritt zu Schritt immer komplexer. Im ersten Schritt erfolgte die Analyse von flüssigen Lösungen, im zweiten die Bestimmung von VOCs in Prüfkammerluft und im dritten Schritt erfolgte eine komplette Emissionsprüfkammermessung bei den Teilnehmern.
Emissions of building materials might have negative impact on human health and well-being. In the EU-funded research project H-House more than 30 natural materials (earthen dry boards and plasters, bio-based insulation materials made of wood, flax, reed, straw, etc.) used for renovation and refurbishment were tested regarding emissions of VOC, formaldehyde and radon. Different to ordinary emission tests on single materials this study focuses on the emissions from complete wall assemblies. Therefore, specially designed test chambers were used allowing the compounds to release only from the surface of the material facing indoors. The testing parameters were chosen in order to simulate model room conditions. The emission results were finally evaluated using the AgBB evaluation scheme, a procedure currently applied for the approval of flooring materials in Germany.