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Condensation particle counters (CPCs) are widely used for the measurement of aerosol particle number concentrations in the size range from approximately 3 nm to 3 μm. For an SI-traceable calibration of the size-dependent counting efficiency, which is advisable on a regular basis and required in several applications, Faraday cup aerosol electrometers (FCAEs) are considered to be a suitable SI-traceable reference.While the volumetric aerosol inlet flowrate and the electrical current measurement in FCAEs can be related to respective SI references, inter-comparison exercises for FCAEs are still performed on a regular basis to establish reliable uncertainty budgets and to further investigate the influences of designs and operational parameters on comparability. This is strongly demanded in the international community of metrological institutes and aerosol calibration facilities around the world, which provide CPC calibrations. In the present study, the performance of FCAEs was investigated,using Ag test aerosol particles with a 30 nm particle diameter by varying the inlet flowrates from 0.5 l min−1 to 4 l min−1. From our experimental results, significant deviations were observed in FCAE currents at sample flowrates smaller than 1.5 l min−1. It is recommended that these discrepancies should be quantified before an FCAE is used for CPC calibration at low sample flowrates and small particle sizes in the sub-30 nm size range.
Dass Viren sich über Aerosolpartikel ausbreiten können, wurde bereits in vielen Studien gezeigt. Als Aerosol bezeichnet man ein Gemisch aus Luft mit darin verteilten festen oder flüssigen Partikeln. Ein Aerosol ist dabei immer dynamisch, da Partikel neugebildet, in oder mit der Luft transportiert und aus der Luft entfernt werden oder sich im luftgetragenen Zustand verändern. Zum Verständnis der Rolle von Aerosolpartikeln als Übertragungsweg von SARS-CoV-2 ist daher die Kenntnis der verschiedenen Prozesse in einem Aerosol von besonderer Bedeutung. Mit diesem Papier möchte die GAeF einen Beitrag dazu leisten, den momentan so häufig anzutreffenden Begriff „Aerosol“ sowie die relevanten Aerosolprozesse anschaulich darzustellen und zu erläutern. Dabei wird im Rahmen dieses Papiers nur auf die wesentlichen Grundlagen eingegangen.
Für ein tiefergehendes Verständnis der teilweise komplexen Prozesse sei auf die angeführte Sekundärliteratur verwiesen. Das Papier fasst eine Vielzahl von Studien zur Entstehung von virenbeladenen Aerosolpartikeln sowie deren Ausbreitung zusammen. Darauf basierend kann festgestellt werden, dass ausgeatmete Aerosolpartikel auch bei der Corona-Pandemie eine prominente Rolle bei der Verbreitung der Viren spielen. Abschließend geht dieses Papier auf mögliche Maßnahmen zur Verringerung der Ausbreitung von Aerosolpartikeln ein. Die diskutierten Maßnahmen orientieren sich an der derzeitigen öffentlichen Diskussion und beinhalten entsprechend die folgenden Punkte: Lüften, Luftreiniger, Lüftungsanlagen und Masken. Es werden Hinweise zum richtigen und sinnvollen Einsatz dieser Maßnahmen gegeben. Aerosolpartikel haben Größen zwischen ca. 0,001 und mehreren 100 Mikrometern (und nicht wie in vielen Publikationen derzeit definiert < 5μm) und verteilen sich mit Luftströmungen relativ schnell, auch über größere Distanzen. Größere Aerosolpartikel sinken – abhängig von ihrer Größe und Dichte – zu Boden; kleine Aerosolpartikel können hingegen sehr lange in der Luft verbleiben (s. Kapitel 3). Jeder Mensch stößt durch die Atmung sowie beim Sprechen, Husten und Niesen flüssige Aerosolpartikel unterschiedlicher Größen aus (s. Kapitel 4). Ist eine Person mit einem Virus, wie z. B. SARS-CoV-2, infiziert, so können diese Aerosolpartikel Viren enthalten, die in die Luft gelangen und von anderen Personen eingeatmet werden können. SARS-CoV-2 hat eine Größe von 0,06 bis 0,14 Mikrometer, die exhalierten flüssigen Aerosolpartikel sind hingegen größer. Die flüssigen Aerosolpartikel können aber je nach Umgebungsbedingungen durch Verdunstung schrumpfen (s. Kapitel 3.3). Für den Partikeltransport und die Partikelabscheidung ist dabei jeweils die aktuelle Partikelgröße relevant. Das höchste Infektionsrisiko besteht in geschlossenen Innenräumen, da sich hierin Aerosolpartikel anreichern können. Insbesondere hier sind entsprechend Maßnahmen zu treffen, die eine Reduktion der Aerosolpartikelkonzentration ermöglichen.
Vor dem Hintergrund der Aerosolwissenschaften ordnet die GAeF die aktuellen Maßnahmen zur Eindämmung der Pandemie wie folgt ein:
• Prinzipiell gilt: Keine Maßnahme kann für sich alleine funktionieren! Das Zusammenspiel der verschiedensten Maßnahmen ist nach derzeitigem Wissensstand der beste Weg zur Minimierung des Infektionsrisikos.
• Abstand halten ist wichtig, denn mit zunehmendem Abstand werden direkt ausgeatmete Viren verdünnt, und die Wahrscheinlichkeit sich anzustecken sinkt. Der vielfach vorgeschriebene Mindestabstand kann als Anhaltspunkt dienen, sollte aber insbesondere bei längeren Zusammenkünften und auch in Innenräumen mit verringerter Luftbewegung vergrößert und durch weitere Maßnahmen (s.u.) ergänzt werden.
• Masken helfen, einen Teil der exhalierten Partikel (und Viren) zu filtern. Dadurch sinkt die Konzentration der exhalierten Partikel (und Viren) in einem Raum und damit das Infektionsrisiko. Hierbei ist zu beachten, dass die ausgeatmeten Aerosolpartikel durch anhaftende Feuchtigkeit relativ groß sind und somit auch von einfachen Masken effizient zurückgehalten werden können. Da diese Partikel aber mit längerer Verweilzeit in der Raumluft schrumpfen, sind einfache Mund-Nasen-Bedeckungen für den Selbstschutz weniger effizient. Hierfür sind Atemschutzmasken erforderlich, die auch für feine Partikel eine hohe Abscheidung zeigen, z. B. der Klassen FFP2, N95 oder KN95. Diese sind sowohl für den Selbst- als auch den Fremdschutz effizient, sofern sie über kein Ausatemventil verfügen. Masken mit Ausatemventil dienen hingegen nur dem Selbstschutz und widersprechen daher dem Solidaritätskonzept, dass Mitmenschen durch kollektives Maskentragen geschützt werden.
• Gesichtsvisiere, die ohne zusätzliche Verwendung von Masken eingesetzt werden, sind hinsichtlich Aerosolpartikeln weitgehend nutzlos, da die Luft mit Partikeln (und Viren) ungefiltert um die Visiere herumströmt. Gesichtsvisiere werden im klinischen Alltag zusätzlich zu Masken getragen, um Tröpfcheninfektion über die Schleimhäute der Augen zu verhindern. Ebenfalls weitgehend unwirksam gegen die Aerosolverbreitung in Innenräumen sind mobile oder fest installierte Plexiglasbarrieren. Diese können nur kurzfristig die kleinräumige Ausbreitung eines Aerosols, z. B. im Kassenbereich eines Supermarkts, verhindern, bieten aber längerfristig keinen Schutz. Gesichtsvisiere und Plexiglasscheiben dienen im Wesentlichen als Spuck- und Spritzschutz gegenüber großen Tröpfchen.
• Im Freien finden so gut wie keine Infektionen durch Aerosolpartikel statt. Allerdings können Tröpfcheninfektionen auftreten, insbesondere in Menschenansammlungen, wenn Mindestabstände nicht eingehalten und/oder keine Masken getragen werden. In geschlossenen Räumen ist Lüften unerlässlich, um die ausgeatmete Luft in einem Raum durch frische Luft von draußen zu ersetzen. Häufiges Stoß- und Querlüften sind dabei vergleichbar effektiv wie dauernd das Fenster vollständig geöffnet zu lassen. Aus energetischer Sicht ist Stoß- oder Querlüften insbesondere im Winter allerdings effizienter. CO2-Monitore können bei der Überwachung der Luftqualität in Innenräumen helfen. Sie zeigen an, wann gelüftet werden sollte und wann die Luft in einem Raum während des Lüftens ausreichend gewechselt ist. Sie können jedoch nur als Indikator verwendet werden und verhindern selbst bei Einhaltung der vorgeschlagenen CO2-Grenzkonzentrationen keine direkte Infektion durch unmittelbar benachbarte Personen.
• Luftreiniger können einen sinnvollen Beitrag leisten, um die Partikel- und Virenkonzentration in einem Raum zu reduzieren. Bei der Beschaffung von Luftreinigern muss darauf geachtet werden, dass diese für den betrachteten Raum und die betrachtete Anwendung ausreichend dimensioniert sind, um die Partikel- und Virenlast signifikant zu verringern. Dem Luftdurchsatz des Gerätes kommt dabei eine größere Bedeutung zu, als der reinen Effizienz des Filters. Aus energetischen und Kostenerwägungen kann die Verwendung hocheffizienter Filter sogar kontraproduktiv sein. Fest verbaute Lüftungsanlagen können ebenso sinnvoll sein, sofern sie die Luft filtern, um die Partikel- und Virenlast in einem Raum zu verringern. Hierbei ist es zur Vermeidung von Infektionen sinnvoll, diese möglichst mit 100 % Frischluft zu betreiben.
Aus Sicht der Gesellschaft für Aerosolforschung besteht erheblicher Forschungsbedarf insbesondere an den interdisziplinären Grenzen zu Forschungsfeldern der Epidemiologie, Infektiologie, Virologie, Lüftungstechnik und Strömungsmechanik. Die Durchführung gezielter Studien sollte kurzfristig mit speziellen Förder- und Forschungsprogrammen ermöglicht werden. Dieses Papier wurde von Mitgliedern der Gesellschaft für Aerosolforschung verfasst und wird von einer Vielzahl internationaler Aerosolexperten unterstützt (s. Kapitel 8). Neben der vorliegenden Version existiert auch eine englischsprachige Übersetzung (siehe www.info.gaef.de). Sämtliche Abbildungen in diesem Papier stehen unter folgendem Link zum kostenlosen Download bereit: https://www.info.gaef.de/positionspapier. Bei jeder Verwendung ist „Gesellschaft für Aerosolforschung e. V.“ als Quelle zu nennen.
Many studies have already shown that viruses can spread via aerosol particles. An aerosol is a mixture of air with solid or liquid particles dispersed in it. To understand the role of aerosol particles as a transmission path of SARS-CoV-2, knowledge of the different processes in an Aerosol is therefore of particular importance. With this paper, GAeF would like to contribute to a better understanding of the term “aerosol” and the relevant aerosol processes. In the context of this paper only the essential basics will be discussed. For a deeper understanding of the partly complex processes, please refer to the literature mentioned at the end of the paper.
The paper summarises a large number of studies on the formation of virus-laden aerosol particles and their spread. Based on this, it can be concluded that exhaled aerosol particles may play a prominent role in the spread of viruses in the corona pandemic. Finally, this paper discusses possible measures to reduce the spread of aerosol particles. The measures discussed are based on the current public debate including ventilation, air purifiers, HVAC systems and masks. Advice is given on the correct and sensible use of these measures.
An aerosol is always dynamic, as particles are newly formed, transported in or with the air, removed from the air or change in the airborne state. Aerosol particles have sizes between approx. 0.001 and several 100 micrometres (and not < 5 μm as currently defined in many publications) and spread relatively quickly with air currents, even over longer distances. Larger aerosol particles sink to the ground, depending on their size and density, while small aerosol particles can remain in the air for a very long time (see Section 3). Every person emits liquid aerosol particles of various sizes through breathing and when speaking, coughing and sneezing (see Section 4). If a person is infected with a virus, such as SARS-CoV-2, these aerosol particles can contain viruses that can be released into the air and inhaled by other people. SARS-CoV-2 has a size of 0.06 to 0.14 micrometres, but the exhaled liquid aerosol particles are larger. The liquid aerosol particles can shrink by evaporation, depending on the ambient conditions (see Section 3.3). Particle size is relevant for particle transport and particle separation. The highest risk of infection exists in closed indoor spaces, as aerosol particles can accumulate there.
Here in particular, appropriate measures must be taken to reduce the concentration of aerosol particles (see Section 5).
Against the background of aerosol science, the GAeF classifies the current measures to contain the pandemic as follows:
• In principle, no measure can work on its own! According to the current state of knowledge, the interaction of the most varied measures is the best way to minimise the risk of infection.
• Keeping distance is important, because with increasing distance, directly exhaled viruses are diluted and the probability of infection decreases. The often prescribed minimum distance can be used as a guide, but it should be increased and supplemented by other measures (see below), especially for longer meetings and also indoors with reduced air movement.
• Masks help to filter some of the exhaled particles (and viruses). This reduces the concentration of exhaled particles (and viruses) in a room and thus the risk of infection. It should be noted here that the exhaled aerosol particles are relatively large due to adhering moisture and can therefore also be efficiently retained by simple masks. However, since these particles shrink with longer dwell time in the room air, simple mouth-nose masks are less efficient for self-protection. Respiratory masks are required for this purpose, which show a high degree of separation even for fine particles, e.g. of classes FFP2, N95 or KN95. These are efficient for both self-protection and protection of others unless they have an exhalation valve. Masks with an exhalation valve, on the other hand, are only for self-protection and therefore contradict the solidarity concept that fellow human beings are protected by collective mask wearing. Face shields which are used without additional masks are largely useless with regard t• aerosol particles, as the air with particles (and viruses) flows unfiltered around the shields. In everyday clinical practice, facial shields are worn in addition to masks to prevent droplet infection via the mucous membranes of the eyes. Mobile or permanently installed Plexiglas barriers are also largely ineffective against the spread of aerosols indoors. These can only prevent the smallscale spread of an aerosol in the short term, e.g. in the checkout area of a supermarket, but offer no protection in the longer term. Face shields and Plexiglas panels essentially serve as spit and splash protection against large droplets.
• Outdoors, there are practically no infections caused by aerosol transmission. However, droplet infections can still occur, especially in crowds, if minimum distances are not observed and/or masks are not worn. In closed rooms, ventilation is essential to replace the exhaled air in a room with fresh air from outside. Frequent airing and cross-ventilation is just as effective as leaving the window open all the time. From an energy point of view, however, it is more efficient to ventilate the room, especially in winter. CO2 monitors can help to monitor indoor air quality. They indicate when it is necessary to ventilate and when the air in a room has been sufficiently changed during ventilation. However, they can only be used as an indicator and even if the proposed CO2 limit concentrations are met, they do not prevent direct infection by people in the immediate vicinity.
• Air purifiers can make a useful contribution to reducing the concentration of particles and viruses in a room. When procuring air purifiers, care must be taken to ensure that they are adequately dimensioned for the room and application in question in order to significantly reduce the particle and virus load. The air throughput of the unit is more important than the pure efficiency of the filter. For energy and cost reasons, the use of highly efficient filters can even be counterproductive. Permanently installed ventilation systems can also be useful, provided they filter the air to reduce the particle and virus load in a room. To avoid infections, it is advisable to operate them with 100 % fresh air if possible.
From the point of view of the Gesellschaft für Aerosolforschung, there is a considerable need for research, especially at the interdisciplinary borders to research fields of epidemiology, infectiology, virology, ventilation technology and fluid mechanics. The implementation of targeted studies should be made possible at short notice with special funding and research programmes.
This paper was written originally in German by members of the Gesellschaft für Aerosolforschung and is supported by a large number of international aerosol experts. Both the English and German version as well as all images in the paper are available for free download at the following link: https://www.info.gaef.de/positionspapier. The “Gesellschaft für Aerosolforschung e. V.” must be named as the source, whenever an image is used.
Partikelemissionen aus Laserdruckern sind seit längerem bekannt und wurden bislang als Feinstaubmasse bei der Prüfwertvergabe für den Blauen Engel begrenzt. Seit einigen Jahren weiß man, dass neben den Feinstaubpartikeln auch ultrafeine Partikel beim Betrieb von Laserdruckern emittiert werden. Diese Emissionen lassen sich nur eingeschränkt bis gar nicht über Nachrüstfilter am Druckgerät minimieren. Das Umweltbundesamt (UBA) hat dies zum Anlass genommen, die Prüfvorgaben für den Blauen Engel im Hinblick auf die Erfassung ultrafeiner Partikel anzupassen und zu verschärfen. UBA hat hierzu einen Forschungsauftrag an die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) vergeben. Testverfahren und Prüfvorgaben sind nunmehr erarbeitet und werden im Beitrag vorgestellt. Die geänderten Prüfbedingungen sollen ab 2013 in die Prüfvorgabe eingeführt werden. Etwa drei Viertel der derzeit am Markt erhältlichen Laserdrucker werden die strengen Prüfvorgaben nicht erfüllen können.
In this work, the elemental composition of fine and ultrafine particles emitted by ten different laser printing devices (LPD) is examined. The particle number concentration time series was measured as well as the particle size distributions. In parallel, emitted particles were size-selectively sampled with a cascade impactor and subsequently analyzed by the means of XRF. In order to identify potential sources for the aerosol's elemental composition, materials involved in the printing process such as toner, paper, and structural components of the printer were also analyzed. While the majority of particle emissions from laser printers are known to consist of recondensated semi volatile organic compounds, elemental analysis identifies Si, S, Cl, Ca, Ti, Cr, and Fe as well as traces of Ni and Zn in different size fractions of the aerosols. These elements can mainly be assigned to contributions from toner and paper. The detection of elements that are likely to be present in inorganic compounds is in good agreement with the measurement of nonvolatile particles. Quantitative measurements of solid particles at 400 °C resulted in residues of 1.6 × 109 and 1.5 × 1010 particles per print job, representing fractions of 0.2% and 1.9% of the total number of emitted particles at room temperature. In combination with the XRF results it is concluded that solid inorganic particles contribute to LPD emissions in measurable quantities. Furthermore, for the first time Br was detected in significant concentrations in the aerosol emitted from two LPD. The analysis of several possible sources identified the plastic housings of the fuser units as main sources due to substantial Br concentrations related to brominated flame retardants.
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.
NM 105, Ti02 (P25) could not be ignited as dust layer and dispersed in air as dust/air-mixture as well. This dust is not dust explosible and the burning behaviour corresponds to Burning Class 1 (no Ignition). The results have shown that the tested sample is thus not combustible at all, because it is already oxidized completely.
In this work, we characterise the performance of a Sharp optical aerosol sensor model GP2Y1010AU0F. The sensor was exposed to different environments: to a clean room, to a controlled atmosphere with known aerosol size distribution and to the ambient atmosphere on a busy city street. During the exposure, the output waveforms of the sensor pulses were digitised, saved and a following offline analysis enabled us to study the behaviour of the sensor pulse-by-pulse. A linear response of the sensor on number concentration of the monosized dispersed PSL particles was shown together with an almost linear dependence on particle diameters in the 0.4 to 4 micrometer range.
The gathered data about the sensor were used to predict its response to an ambient atmosphere, which was observed simultaneously with a calibrated optical particle counter.
The results of investigations on the emission of particulate matter from three outdoor firework displays are presented. During these events, possibly harmful and toxic aerosol emissions were measured. Aerosols in the size range from 30 to 450 nm were detected. The maxima in the observed particle size distribution were between 80 and 175 nm, and the highest value determined was ~1.3 · 106 particles per cm³, while the highest mass concentration was approximately 1.8 mg m–3. The time-averaged particle mass concentration did, however, not exceed 0.7 mg m–3 (over 15 min).
Beim Abbrand einzelner Feuerwerkskörper für den Indoor-Bereich wurden als gasförmige Hauptreaktionsprodukte unter anderem CO2, CO, COS, nitrose Gase, diverse Kohlenwasserstoffe und Schwefelverbindungen (teilweise in sehr hohen Konzentrationen) mit Hilfe der FTIR-Spektroskopie nachgewiesen. Zusätzliche Feinstaubmessungen parallel zum Abbrand in einem großen Raum illustrierten die zeitweise hohen Partikelkonzentrationen an unterschiedlichen Messpunkten.
This work presents results of investigations towards the emission of chemical reaction products and sound pressure during an outdoor and an indoor firework display. Potentially harmful and toxic gases, and aerosols, were measured as well as sound pressures. Aerosols were measured with a Differential Mobility Analyzer (DMA) as well as a Laser Particle Counter. The focus was on particles with diameters between 11 nm and 20 µm. A transportable Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy detector registered the concentrations of emitted reaction gases, simultaneously. During the outdoor firework display, peak particle concentrations of >550000 particles cm-3, equivalent to a mass concentration of approximately 3.95 mg m-3, were detected, revealing a concentration maximum at approximately 175 nm particle diameter. The time-averaged particle mass concentration did not exceed 1.58 mg m-3 over 15 minutes. Due to the large distances (110 m) to the firing points, no significant harmful or toxic gas concentrations were measured during the entire firework display. In contrast, concentrations of sulphur dioxide (SO2) rose after an indoor firework display in a large event hall. On two days, more than 23000 particles cm-3 (which equates to a mass concentration of approximately 0.41 mg m-3) were detected when the hall ventilation was turned off, and more than 11000 particles cm-3 (which equates to a mass concentration of approximately 1.18 mg m-3) when the hall ventilation was activated. Concentration maxima appeared at approximately 300 nm particle diameter. The time-averaged particle concentrations in this case did not exceed 0.56 mg m-3 (over 15 minutes).
Der vorliegende Bericht ist der 2.Teil eines Gesamtberichtes und schildert ausführlich die im Kontext des BAM-Innovationsoffensive-Projektes „Chemische Brandspurenanalytik“ durchgeführten Untersuchungen und fasst die gewonnenen analytischen Erkenntnisse zusammen. Der gesamte Bericht gliedert sich in drei Teile. Der erste Teil beinhaltet den Aufbau, die Durchführung und die brandtechnologische Auswertung der durchgeführten Raumbrandversuche, während in dem hier vorliegenden Teil die analytischen Methoden zum Nachweis des Brandbeschleunigers in den Brandrückständen vorgestellt und ausgewertet werden. Die Beurteilung von Brandspuren und daraus abgeleitet die Rekonstruktion eines Brandverlaufes beruhen auch auf der präzisen chemischen Analyse der Brandprodukte. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine innovative Methodik entwickelt, wie verfügbare Analysetechniken in geeigneter Weise kombiniert werden können, um aus festen, flüssigen und gasförmigen Brandrückständen Rückschlüsse auf den Brandverlauf ziehen zu können. Neben der Untersuchung von Proben von realen Brandorten wurden verschiedene wohnungstypische Materialien unter Laborbedingungen unterschiedlichen Brandszenarien unterworfen. Die dabei entstehenden Brandgase, Aerosole sowie der verbleibende Brandrückstand wurden durch geeignete analytische Verfahren analysiert, um mögliche Brandursachen beurteilen zu können. Der Schwerpunkt dieses Berichtes liegt in dem Nachweis von Brandbeschleunigern. Es zeigte sich, dass mittels der Kombination aus HS-SPME-GC-MS sowohl in den festen Brandrückständen, als auch in den Kondensaten Brandbeschleuniger eindeutig und verlässlich nachgewiesen werden können. Anhand von 5 verschiedenen Zimmerbrandversuchen wurde der Einfluss von Brandbeschleunigern auf den Brandverlauf experimentell untersucht. Es wurden verschiedene brandtechnologische Kennwerte, wie der Massenverlust des gesamten Brandraums, Brandraumtemperaturen, die Wärmefreisetzungen sowie die Rauchgasemissionen ermittelt und beurteilt. Die Rauchgasanalyse erfolgte im Schlot, im Brandraum sowie in der Brandraumöffnung mittels Fourier Transformierte Infrarot-FTIR-Spektroskopie. Neben diesen brandtechnologischen Untersuchungen, die im Bericht Teil 1 enthalten sind, erfolgten auch chemisch-analytische Untersuchungen nach dem Brand, mit dem Ziel, den eingesetzten Brandbeschleuniger nachzuweisen. Im Anschluss an die jeweiligen Zimmerbrandversuche wurden verschiedene Brandrückstandsproben aus dem Brandschutt, Wischproben von den Wänden und den übriggebliebenen Gegenständen genommen und mit Hilfe einer entwickelten HS-SPME-GC-MS-Methode (Headspace-Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatographie-Massenspekrometrie) in Hinblick eines möglichen Brandbeschleunigernachweis analysiert.
The possible impact of ultrafine particles from laser printers on human health is controversially discussed although there are persons reporting substantial symptoms in relation to these emissions. A randomized, single-blinded, cross-over experimental design with two exposure conditions (high-level and low-level exposure) was conducted with 23 healthy subjects, 14 subjects with mild asthma, and 15 persons reporting symptoms associated with laser printer emissions. To separate physiological and psychological effects, a secondary physiologically based categorization of susceptibility to particle effects was used. In line with results from physiological and biochemical assessments, we found no coherent, differential, or clinically relevant effects of different exposure conditions on subjective complaints and cognitive performance in terms of attention, short-term memory, and psychomotor performance. However, results regarding the psychological characteristics of participants and their situational perception confirm differences between the participants groups: Subjects reporting symptoms associated with laser printer emissions showed a higher psychological susceptibility for adverse reactions in line with previous results on persons with multiple chemical sensitivity or idiopathic environmental intolerance. In conclusion, acute psychological and cognitive effects of laser printer emissions were small and could be attributed only to different participant groups but not to differences in exposure conditions in terms of particle number concentrations.
Heterogene Explosionen
(2002)
A new facility has been developed which allows for a stable and reproducible production of ambient-like model aerosols (PALMA) in the laboratory. The set-up consists of multiple aerosol generators, a custom-made flow tube homogeniser, isokinetic sampling probes, and a system to control aerosol temperature and humidity. Model aerosols containing elemental carbon, secondary organic matter from the ozonolysis of α-pinene, inorganic salts such as ammonium sulfate and ammonium nitrate, mineral dust particles,and water were generated under different environmental conditions and at different number and mass concentrations. The aerosol physical and chemical properties were characterised with an array of experimental methods, including scanning mobility particle sizing, ion chromatography, total reflection X-ray fluorescence spectroscopy and thermo-optical analysis. The facility is very versatile and can find applications in the calibration and performance characterisation of aerosol instruments monitoring ambient air. In this study, we performed, as proof of concept, an intercomparison of three different commercial PM (particulate matter) monitors (TEOM1405, DustTrak DRX 8533 and Fidas Frog) with the gravimetric reference method under three simulated environmental scenarios. The results are presented and compared to previous field studies. We believe that the laboratory-based method for simulating ambient aerosols presented here could provide in the future a useful alternative to time-consuming and expensive field campaigns, which are often required for instrument certification and calibration.
Teil 1: In der Öffentlichkeit werden immer wieder mögliche gesundheitliche Auswirkungen von Laserdruckeremissionen diskutiert. Um diese möglichen Auswirkungen genauer zu analysieren, wurden die Effekte 75-minütiger Expositionen von sogenannten Low-Emittern (LE, Untergrund 2000-4000 UFP/cm3) gegenüber High-Emittern (HE, 100.000 UFP/cm3) untersucht.
Teil 2: Mögliche gesundheitliche Auswirkungen von Laserdruckeremissionen sind immer wieder Gegenstand öffentlicher Aufmerksamkeit. Die dabei auftretenden potenziellen psychologischen Aspekte, wurden in einem standardisierten Szenario mittels 75-minütiger Expositionen gegenüber Low-Emittern (LE, Untergrund 2000-4000 UFP/cm3) und High-Emittern (HE, 100.000 UFP/cm3) untersucht.
Ultrafine particles emitted from laser printers are suspected to elicit adverse health effects. We performed 75-minute exposures to emissions of laser printing devices (LPDs) in a standardized, randomized, cross- over manner in 23 healthy subjects, 14 mild, stable asthmatics, and 15 persons reporting symptoms associated with LPD emissions. Low-level exposures (LLE) ranged at the particle background (3000 cm−3) and High-level exposures (HLE) at 100 000 cm−3. Examinations before and after exp sures included spirometry, body plethysmography, transfer factors for CO and NO (TLCO, TLNO), bronchial and alveolar NO, cytokines in serum and nasal secretions (IL-1β, IL-5, IL-6, IL-8, GM-CSF, IFNγ, TNFα), serum ECP, and IgE. Across all participants, no statistically significant changes occurred for lung mechanics and NO. There was a decrease in volume-related TLNO that was more pronounced in HLE, but the difference to LLE was not significant. ECP and IgE increased in the same way after exposures. Nasal IL-6 showed a higher increase after LLE. There was no coherent pattern regarding the responses in the participant subgroups or single sets of variables. In conclusion, the experimental acute responses to short but very high-level LPD exposures were small and did not indicate clinically relevant effects compared to low particle number concentrations.
The physical and chemical analysis of aerosols using reliable and physically traceable methods is important for the thorough investigation of airborne particles to support a better understanding of their origin as well as their health and climate impacts. Within the European Metrology Research AeroMet project,the aim of hysikalisch–Technische Bundesanstalt’s (PTB) X-ray spectrometry group is to develop and establish traceable and reliable X-ray methods to measure the elemental mass deposition per unit area, the elemental composition,and the chemical binding state of particulate matter supported by a flat substrate. This approach can substantially contribute to support quantitative analytical methods during on-site measurement campaigns where portable Instrumentation is employed by qualifying suitable calibration samples for commercial analytical X-ray instruments and by investigating samples collected during the field campaign.
Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) is a promising additive manufacturing (AM) technology for metal part production especially for complex and lightweight structures or functional designs. In L PBF processes several by-products including welding plume and its condensates, spatter and ejected powder are generated during laser exposure. Investigations of micro- and nano-sized by-products have received little attention in literature. This study focuses on the analysis of particle emissions in L PBF of 316L stainless steel using a scattered light aerosol spectrometer and a fast mobility particle sizer spectrometer during the process which allows for in-situ analysis of particle sizes in the range of 6 nm to 100 µm. A distinct correlation of emission signals to part position can be revealed. In addition, a significant influence of laser scanning vector directions on emission signals is presented. Furthermore, differing powder layer thicknesses can be recognised by deviations in emission signals.
Geosynthetic clay liners (GCLs) often have a sandwich-like multilayer structure, e.g. bentonite encased between two geotextile layers connected by fibers or yarns, either by needle-punching or stitch-bonding. Therefore, the internal shear strength of the GCL depends on the strength of reinforcing fiber bundles or yarns and their anchoring strength in the cover and carrier geotextiles. When used on long and steep slopes and covered with thick soil layers, the GCL is permanently exposed to a combined action of compressive and shear stress. Such load conditions are characteristic for landfill covers and the slope stability of the overall cover system in the long run strongly depends on the long-term internal shear strength of the GCL. A new test method was developed to study this long-term shear behavior. The focus was not only on creep, as it is normally done, but on aging effects. The shear test devices allow the measurement of creep curves and times-to-failure at elevated temperatures in different media (tap water and de-ionized water). In this publication, the main findings of the experiments on needle-punched GCLs with and without thermal treatment are summarized. Tap water as a test medium was essential to ensure sodium to calcium ion exchange in the bentonite layer. Under this condition extremely long test durations without failure were achieved. Sliding failure occurred when de-ionized water was used. Two failure modes were observed: brittle failure of the GCLs with thermal treatment and slow disentanglement of fiber bundles for untreated GCLs. Short-term shear strength (e.g. peel strength) is unrelated to the actual long-term shear strength, i.e. to the times-to-failure achieved in long-term shear strength test. Hence, short-term shear strength alone will not provide reliable dimensioning data for product design and choice of resins. Therefore, the often suggested approach, namely, restriction to short-term tests only and application of factors of safety, is challenged by these results.
Development of wood-inorganic composites with enhanced properties and environmental stability
(2002)
Dr. Stefan Seeger of the German Federal Institute for Materials Research and Testing (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung - BAM) tells of his successful experience using Granta's CES software to make an eco-materials knowledge resource for automotive, construction, and other industries in the Berlin region.
Untersuchung der Wirksamkeit von Filtern zum Schutz vor Partikelemissionen aus Laserdrucksystemen
(2012)
Laserdrucksysteme (Laserdrucker, -kopierer, Multifunktionsgeräte) emittieren in sehr unterschiedlichen Mengen Partikel im Größenbereich zwischen 5 und 300 nm, die im Druckbetrieb überwiegend durch Kondensation aus der Gasphase entstehen. Eine präventive Minderung dieser Emissionen ist sinnvoll. Die Filtration der in Laserdruckern entstehenden Aerosole bietet eine Option für eine wirksame Emissionsminderung. Die untersuchten Filter mit verschiedenen Filterkonzepten zeigten in ihrer Wirkung deutliche Unterschiede. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit der gerätespezifischen Optimierung von Filtern für die Anwendung in Laserdrucksystemen.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Laser printing devices are sources of particle emission in different quantities in the size range between 5 and 300 nm. The particles are predominantly generated by re-condensation from the gas phase. Emission mitigation as a precautionary measure should be considered and exhaust air filtration is one technical option. Two particle filters with different filter concepts were compared and revealed different levels of performance. The result underpins the need for individual filter solutions for laser printing devices.
Quantitative characterization of nanoparticle emissions from office machines with printing function
(2007)
Quantitative and Qualitative Comparison of Particulate Emissions from Office Machines (ABSTRACT)
(2009)
Kunststoffverarbeitende 3D-Drucker (FDM-Drucker) werden im Hobbybereich und in der beruflichen Ausbilldung immer beliebter und sind mittlerweile weit verbreitet. Es wird häufig noch nicht ausreichend beachtet, dass von diesen Geräten im Betrieb in erheblichen Mengen Gase und Partikel in die Umgebung emittiert werden. Der Vortrag berichtet über einen Vergleich des Emissions-verhaltens verschiedener Materialien für 3D-Drucker und stellt diese in Zusammenhang mit anderen Innenraum-Emissionsquellen.