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Imaging Capability of Terahertz and Millimeter-Wave Instrumentations for NDT of Polymer Materials
(2006)
For the first time, an international comparison was conducted on the determination of the purity of a high purity element. Participants were free to choose any analytical approach appropriate for their institute’s applications and services. The material tested was a high purity zinc, which had earlier been assessed for homogeneity and previously used in CCQM-K72 for the determination of six defined metallic impurities. Either a direct metal assay of the Zn mass fraction was undertaken by EDTA titrimetry, or an indirect approach was used wherein all impurities, or at least the major ones, were determined and their sum subtracted from ideal purity of 100 %, or 1 kg/kg. Impurity assessment techniques included glow discharge mass spectrometry, inductively coupled plasma mass spectrometry and carrier gas hot extraction/combustion analysis. Up to 91 elemental impurities covering metals, non-metals and semi-metals/metalloids were quantified. Due to the lack of internal experience or experimental capabilities, some participants contracted external laboratories for specific analytical tasks, mainly for the analysis of non-metals. The reported purity, expressed as zinc mass fraction in the high purity zinc material, showed excellent agreement for all participants, with a relative standard deviation of 0.011 %. The calculated reference value, w(Zn) = 0.999 873 kg/kg, was assigned an asymmetric combined uncertainty of + 0.000025 kg/kg and – 0.000028 kg/kg. Comparability amongst participating metrology institutes is thus demonstrated for the purity determination of high purity metals which have no particular difficulties with their decomposition / dissolution process when solution-based analytical methods are used, or which do not have specific difficulties when direct analysis approaches are used. Nevertheless, further development is required in terms of uncertainty assessment, quantification of non-metals and the determination of purity of less pure elements and/or for those elements suffering difficulties with the decomposition process.
Im Verbundprojekt RUSEKU wurde die Probenahme von Wasserproben entscheidend weiterentwickelt. Wichtig ist hierbei zu gewährleisten, dass genügend Merkmalsträger in jeder Probe untersucht werden. Es muss daher eine für den Probenahmeort repräsentative Beprobung hinsichtlich des Wasservolumens in Abhängigkeit der Partikelanzahl gewährleistet sein.
Das Hauptaugenmerk lag im vorliegenden Projekt auf einer praxisnahen Beprobungsstrategie. Es wurden verschiedene Konzepte ausprobiert.
• Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass eine Stichprobe eine Momentaufnahme des MP-Massengehaltes zeigt. Es wird eine hohe Statistik, also eine Vielzahl an Messungen am gleichen Probenahmeort, benötigt, um eine valide Aussage über den MP-Gehalt zu machen.
• Es zeigt sich, dass eine integrale Probenahme über mehrere Wochen mit dem SK routinemäßig möglich ist. Die erfassten MP-Massen sind reproduzierbar und robust.
• Die DFZ ist für Stichproben geeignet. Partikel < 50 µm werden eventuell unterschätzt
• Die fraktionierte Filtration kann für Stich- und Mischproben direkt im Feld genutzt werden. Fraktionen von 10 und 5 µm werden später im Labor Vakuum filtriert. Es erfolgt eine Fraktionierung der Probe mit Siebmaschenweiten von 1000, 500, 100, 50, 10 und 5 µm.
• Die fraktionierte Filtration kann auch anschließend an die Beprobung mit dem SK zur Anwendung kommen. Wird die mit dem SK gewonnene Wasserprobe fraktioniert filtriert, kann neben einem MP-Gesamtgehalt auch eine Einschätzung über die Partikelgrößen gewonnen werden.
• Für Wässer mit geringen Partikelzahlen wurde ein Messfiltertiegel entwickelt. Dieser hat eine Maschenweite von 6 µm. Seine Anwendung kann mögliche Verluste beim Transferieren vom Probenahmetool zum Messgefäß und mögliche Kontaminationen reduzieren.
Die Optimierung der Probenahmestrategie wurde durch Modellversuche und Simulationen unterstützt. Modellversuche zum Sinkverhalten und Simulationen von MP in realen Gewässern verdeutlichten das komplexe Verhalten der Partikel. Es konnte gezeigt werden, dass Partikel ab einer bestimmten Größe (und kleiner) bei genügend starker Turbulenz sich in der Wassersäule unabhängig von ihrer Dichte verhalten und so auch MP mit kleiner Dichte (z.B. PE) in der gesamten Wassersäule zu finden sind. Es konnte mit dem TEM die Existenz von NP gezeigt werden.
Ein wesentlicher Aspekt des RUSEKU Projektes war die Beprobung realer Kompartimente. Beprobt wurde neben Oberflächengewässern, das urbane Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern, Waschmaschinenabwasser und Flaschenwasser.
• In Oberflächengewässern wurde hauptsächlich PE gefunden. Je nach Probe und Gewässer konnten auch PP, PS, PET, PA, SBR und Acrylate nachgewiesen werden.
• Im urbanen Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern konnte an allen Probenahmestandorten MP nachgewiesen werden. Es wurde hauptsächlich PE, neben geringeren Mengen an PP, PS und SBR gefunden. Nach einem Regenereignis war der SBR Anteil deutlich erhöht.
• Die Beprobung eines realen Wäschepostens, bestehend aus T-Shirts und Hemden mit PA/CO oder PES/CO Mischgewebe, zeigte einen PA- und PES-Austrag im Waschwasser. Der überwiegende Teil der detektierten Fasern ist aber auf Baumwolle zurückzuführen. Reine gravimetrische Messungen zur Detektion von MP führen zu einer starken Überschätzung.
• In Flaschenwasser (PET-Flaschen) konnte MP detektiert werden. PET wurde nur im stillen Mineralwasser, nicht in Mineralwasser mit Kohlensäure gefunden werden. Teilweise wurde auch das MP-Material des Verschlusses im Wasser detektiert.
• Für Luftproben konnte ein Aufbau zur größenselektiven Beprobung getestet werden.
Neben der Probenahme hat das Projekt auch gezeigt, dass die TED-GC/MS geeignet für die MP-Detektion im Routinebetrieb ist. Die TED-GC/MS konnte weiter optimiert werden. Es wurden MP-Massen bestimmt.
Im Projekt wurden erste realitätsnahe Referenzmaterialien für die MP Detektion hergestellt. Die Herstellung von realitätsnahen Polymeren in ausreichender Homogenität und Menge hat sich als große Herausforderung herausgestellt.
Selective Catalytic Reduction of Nitric Oxide by Ammonia over Egg-Shell MnOx/NaY Composite Catalysts
(2002)
A novel composite catalyst system for the selective catalytic reduction (SCR) of NOx by NH3 is described operating at temperatures lower than 470 K in the presence of water with NO conversions of 80100% at space velocities of 30,00050,000 h-1. The catalyst is prepared by egg-shell precipitation of MnO2 on the external surface of zeolite NaY. Structural and thermal stability of precipitated MnO2 as well as of the MnO2/NaY composite catalyst were characterized by N2 adsorption, X-ray diffraction, laser Raman spectroscopy, temperature-programmed reduction, and electron microscopy. MnO2 precipitated on zeolite NaY (15 wt% loading) retained its amorphous state up to calcination temperatures of 775 K. The zeolite component remained structurally intact. Calcination at higher temperatures destroyed the zeolite structure and transformed MnO2 into Mn3O4. DRIFT spectroscopic investigations revealed the presence of symmetric O=NON=O species formally corresponding to N2O3 on the composite catalyst after contact with NO. Catalytic measurements under integral flow conditions showed that the catalyst performance is associated with a close coupling of nitrite formation and its drain off from equilibria with NO/NO2 and nitrate by ammonia. Several results are in line with the diazotation mechanism, including NH3 protonation to NH4+, whereas prevailing Lewis acid sites should enable NH3 activation via amide species, thus leading to a parallel amide/nitrosamide SCR reaction route. The activity-temperature profile fulfills the requirements of a low-temperature NOx reduction catalyst for mobile diesel engines if an ammonia supply is implemented on board, e.g., by urea decomposition.
The European Water Framework Directive 2000/60/EC requires monitoring of organic priority pollutants in so-called whole water samples, i.e. in aqueous nonfiltered samples that contain natural colloidal and suspended particulate matter. Colloids and suspended particles in the liquid phase constitute a challenge for sample homogeneity and stability. Within the joint research project ENV08 ‘‘Traceable measurements for monitoring critical pollutants under the European Water Framework Directive 2000/60/EC’’, whole water test materials were developed by spiking defined amounts of aqueous slurries of ultrafinely milled contaminated soil or sediment and aqueous solutions of humic acid into a natural mineral water matrix. This paper presents the results of an European-wide interlaboratory comparison (ILC) using this type of test materials. Target analytes were tributyltin, polybrominated diphenyl ethers and polycyclic aromatic hydrocarbons in the ng/L concentration range. Results of the ILC indicate that the produced materials are sufficiently homogeneous and stable to serve as samples for, e.g. proficiency testing or method validation. To our knowledge, this is the first time that ready-to-use water materials with a defined amount of suspended particulate and colloidal matter have been applied as test samples in an interlaboratory exercise. These samples meet the requirements of the European Water Framework Directive. Previous proficiency testing schemes mainly employed filtered water samples fortified with a spike of the target analyte in a water-miscible organic solvent.
Manufacturing of CIGSe thin film solar modules involves typically one laser structuring step (P1) and two mechanical structuring steps (P2 and P3) for serial interconnection. In our approach, complete laser structuring is successfully demonstrated by application of short nanosecond laser pulses (<10 ns) with a single, visible wavelength of 532 nm. The P1 and the P3 trenches are scribed by induced and direct ablation, respectively. For the P2 scribe, the thermal input of the ns laser pulses is used to transform the CIGSe absorber layer locally into a highly conductive compound to provide proper electrical interconnection. These findings promise further simplification and flexibility to thin film solar cell production.
Ein wesentlicher Vorteil der Dünnschichtphotovoltaik gegenüber der waferbasierten Photovoltaik liegt in der monolithischen Serienverschaltung. Bei der Herstellung von Chalkopyrit(CIGSe) -Dünnschicht-Solarmodulen erfolgen dafür typischerweise ein Laser-Strukturierungsschritt (P1) und zwei mechanische Strukturierungsschritte (P2, P3). In diesem Beitrag wird gezeigt, dass die Strukturierung von CIGSe-Solarmodulen vollständig mit kurzen Laserpulsen (<10 ns Pulsdauer) und einer einzigen Wellenlänge (532 nm) möglich ist. Der P1- und P3-Schnitt erfolgen durch direkte induzierte Ablation. Für den P2-Schnitt wird gezielt der hohe Wärmeeintrag der ns-Laserpulse genutzt, um die CIGSe-
Absorberschicht lokal aufzuschmelzen und strukturell so zu verändern, dass eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen Front- und Rückkontakt entsteht.
After some months of operation, a number of PV modules develop a discolouration defect called 'snail trails', or 'snail traces', which appear as irregular dark stripes across the cells. Whereas these traces were soon identified as discoloured silver contacts along the cell edges or at micro cracks, the chemical and mechanistic reasons for this phenomenon have not yet been resolved in detail. In this work we show that silver nanoparticles accumulating within the encapsulation foil cause the brownish discolouration, and that certain additives of encapsulation and back sheet foils trigger the formation of these nanoparticles.
The European Union (EU) has included tributyltin (TBT) and its compounds in the list of priority water pollutants. Quality standards demanded by the EU Water Framework Directive (WFD) require determination of TBT at so low concentration level that chemical analysis is still difficult and further research is needed to improve the sensitivity, the accuracy and the precision of existing methodologies. Within the frame of a joint research project “Traceable measurements for monitoring critical pollutants under the European Water Framework Directive” in the European Metrology Research Programme (EMRP), four metrological and designated institutes have developed a primary method to quantify TBT in natural water using liquid–liquid extraction (LLE) and species-specific isotope dilution mass spectrometry (SSIDMS). The procedure has been validated at the Environmental Quality Standard (EQS) level (0.2 ng L−1 as cation) and at the WFD-required limit of quantification (LOQ) (0.06 ng L−1 as cation). The LOQ of the methodology was 0.06 ng L−1 and the average measurement uncertainty at the LOQ was 36%, which agreed with WFD requirements. The analytical difficulties of the method, namely the presence of TBT in blanks and the sources of measurement uncertainties, as well as the interlaboratory comparison results are discussed in detail.
Hard and wear resistant coatings deposited by PVD techniques have been characterized for decades for their capabilities to protect steel substrates from corrosion. In the present work the effect of Mg incorporated into TiN coatings is described in terms of the corrosion behavior as well as the mechanical and structural properties.
TiN and TiMgN films with Mg contents between 10 and 35 at.% were deposited onto mirror polished 100Cr6 (1.3505) steel samples with 2.5 and 5 μm thickness by using DC magnetron sputtering. The corrosion protection capabilities of the coatings were characterized by neutral salt spray (NSS) test, considering the amounts and sizes of growth defects inherent in each coated sample as determined by a recently developed optical scan method (Large Area High Resolution mapping). The defect data were statistically analyzed for improved interpretation of NSS test results. Chosen growth defects were additionally analyzed by focused ion beam technique. Furthermore the coating composition and morphology, the hardness and the tribological behavior were characterized.
Polished steel samples coated with 2.5 μm TiMgN containing about 35 at.% Mg were in the plane free of corrosion after 24 h in a NSS test. TiMgN with 10 or 20 at.% Mg only provided a slightly improved corrosion protection in relation to pure TiN coatings, which was limited to certain types of growth defects. The highest Mg containing coatings exhibited a decreased hardness down to 1200 or 1800 HV depending on type of deposition (HV 1200: Ti- and Mg-target with rotating substrate holder, 1800: Mg-plugged Ti-target with static substrate holder), but also showed a strongly improved wear resistance against Al2O3 related to pure TiN. By analyzing the NSS test results it was found that the corrosion behavior of the coated samples did not only depend strongly on the Mg content, but also on the sample individual defect concentrations. Therefore this subject is extensively discussed.