Hoe worden concentraties gemeten?

We meten fijn stof op verschillende manieren met automatische en semiautomatische toestellen.

In de standaardaanpak gebruiken we automatische monitoren die werken volgens het principe van lichtverstrooiing. Stofdeeltjes worden bestraald met wit licht, waarna het door het deeltje verstrooide licht wordt gemeten. Op basis van het gemeten signaal kan elk deeltje worden ingedeeld in een bepaalde grootteklasse. Omdat de massa van de deeltjes per grootteklasse gekend is, kan de totale massa van het stof worden berekend. Deze massa gedeeld door het aangezogen debiet geeft ons de concentratie aan fijn stof.

Semiautomatische toestellen werken volgens de gravimetrische referentiemethode. Hierbij wordt lucht door een filter gezogen. Door deze filter voor en na bemonstering te wegen, kan de massa en vervolgens de concentratie bepaald worden. Deze methode is arbeidsintensief en geeft geen onmiddellijke resultaten. Het is echter wel de Europese referentiemethode en we gebruiken ze onder meer om de automatische monitoren te controleren en om chemische samenstelling van het fijn stof te bepalen.

Zwarte koolstof meten we met automatische monitoren. Hierin zuigt een pomp buitenlucht over een filter waarop de deeltjes achterblijven. De bepaling van de concentratie zwarte koolstof is gebaseerd op de meting van de lichtabsorptie door de deeltjes verzameld op de filter.

Ultrafijn stof wordt gemeten met een Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS). Deze automatische monitor meet de grootte (diameter) van ultrafijne deeltjes in de lucht en telt hoeveel deeltjes er van elke grootte zijn. Aangezogen luchtdeeltjes worden in het toestel elektrisch geladen en op grootte gescheiden door middel van een variërend elektrisch veld. Daarna worden de deeltjes geteld met een Condensation Particle Counter (CPC). De CPC maakt de (voor het oog onzichtbare) luchtdeeltjes groter, door het toevoegen van damp dat condenseert op de aanwezige deeltjes. Hierna worden ze door een laser geteld. De SMPS meet deeltjes met een diameter tussen 10 en 800 nm.

Stikstofmonoxide (NO) en stikstofdioxide (NO₂) meten wij met passieve samplers of met automatische monitoren. Om het verschil tussen beide te duiden, geeft onderstaande tabel een overzicht van de voornaamste eigenschappen van beide meetmethoden.

De automatische monitoren werken volgens het principe van chemiluminescentie. Chemiluminescentie is gebaseerd op de reactie van NO met ozon. Omgevingslucht wordt continu door een reactiekamer gezogen waar het wordt gemengd met een overmaat ozon. De uitgezonden straling die met de reactie gepaard gaat is een maat voor de NO-concentratie.

Voor de bepaling van NO₂ wordt de omgevingslucht eerst door een katalytische convertor geleid, waar het aanwezige NO₂ wordt gereduceerd tot NO. De uitgezonden straling is een maat voor de NO_x-concentratie. Door aftrekking van de NO-concentratie van de NO_x-concentratie bekomt men de concentratie aan NO₂.

Bij passieve samplers wordt de omgevingslucht door diffusie bemonsterd op adsorberend materiaal. We noemen dit ‘passief’ omdat de lucht niet actief wordt aangezogen. De samplers voor NO₂ zijn langwerpige buisjes waarin een gaasje zit met een chemische stof die dit gas uit de lucht adsorbeert. Om de meting te starten, halen we op de meetplaats de afsluitdop van het buisje. We hangen de sampler in de voorziene behuizing gedurende de hele meetperiode (typisch 2 tot 4 weken). Daarna wordt het buisje opnieuw gesloten en aan het labo bezorgd voor chemische analyse. Het resultaat is de gemiddelde concentratie van NO₂ gedurende de meetperiode.

Passieve samplers versus monitoren

• Passieve samplers meten, in tegenstelling tot de automatische monitoren, niet volgens de Europese referentiemethode, maar ze worden wel gekalibreerd ten opzichte van deze referentiemethode.
• De jaargemiddelden bekomen met passieve samplers voldoen aan de Europese criteria voor ‘indicatieve metingen’. We spreken daarom van ‘indicatieve jaargemiddelden’.
• Passieve samplers laten toe om metingen uit te voeren op plaatsen waar er geen ruimte is voor een vast meetstation, zoals in street canyons. Passieve samplers zijn goedkoop en hebben geen elektriciteit nodig.
• De resultaten van de passieve samplers dienen ook om de modelresultaten te valideren en te verbeteren.
• Na de bemonstering van de passieve samplers worden deze geanalyseerd in het labo. De resultaten zijn dus niet in real-time beschikbaar

Ammoniak meten wij met passieve samplers of met automatische monitoren. Om het verschil tussen beide te duiden, geeft onderstaande tabel een overzicht van de voornaamste eigenschappen van beide meetmethoden.

Bij passieve samplers wordt de omgevingslucht door diffusie bemonsterd op adsorberend materiaal. We noemen dit ‘passief’ omdat de lucht niet wordt aangezogen. De samplers voor NH₃ zijn van het radiaaltype. Dit zijn staafjes die geïmpregneerd zijn in een chemische stof die dit gas uit de lucht adsorbeert. Om de meting te starten, halen we de sampler op de meetplaats uit de verpakking. We plaatsen de sampler in een beschermende koker in de voorziene behuizing gedurende de hele meetperiode (typisch 4 weken). Daarna wordt de sampler opnieuw afgesloten en aan het labo bezorgd voor chemische analyse. Het resultaat is de gemiddelde concentratie van NH₃ gedurende een meetperiode.

De automatische monitoren voor ammoniak werken volgens het meetprincipe van lichtabsorptie (DOAS of differentiële optische absorptiespectroscopie). De ammoniakmonitor straalt UV-licht uit in de richting van een reflector die zo’n 20 m verder staat. Het licht dat weerkaatst wordt, meten we met een zeer gevoelige spectrometer. De ammoniak die in het lichtpad aanwezig is, wordt door specifieke golflengtes van het lichtspectrum geabsorbeerd. De gemeten absorptie bij die golflengtes is een maat voor de hoeveelheid ammoniak. Deze DOAS-techniek is een open-pad methode waarbij de lucht niet hoeft aangezogen te worden. Dit is een belangrijk voordeel voor de bepaling van ammoniak omdat dit een zeer reactief gas is.

Ozon wordt gemeten met automatische monitoren die werken volgens het principe van UV-fotometrie. Omgevingslucht wordt continu door een absorptiekamer gezogen en bestraald met UV-licht. De hoeveelheid geabsorbeerd UV-licht is een maat voor de concentratie van ozon.

Om PAK’s in zwevend stof te bepalen bemonsteren we om de 3 dagen PM₁₀-fijn stof op filters. De filters bevinden zich in een low-volume sampler die ca. 55m³ lucht bemonstert in een periode van 24u. Om de 14 dagen worden de bemonsterde filters uit het toestel gehaald. Daarna gaan ze naar het labo waar de organische fractie geëxtraheerd wordt om ze tenslotte met GC-MS te analyseren.

De bepaling van zware metalen in zwevend stof is een semiautomatisch proces. In een eerste stap gebeurt de bemonstering van de omgevingslucht. De monsternemer brengt vervolgens het monster naar het labo. Ten slotte voert de analist in het labo de analyse van zware metalen op het monster uit.

Een 'Derenda PNS 18T' bemonsteringstoestel bemonstert de zware metalen in fijn stof op dagbasis. De VMM maakt hiervoor gebruik van kwartsfilters. Het filterwisselingsysteem kan tot 17 filters bevatten, waardoor het toestel gemakkelijk twee weken onafgebroken kan werken. Er wordt 55,2 m³ lucht per dag bemonsterd. De automatische wisselaar schakelt om de 24 of 48 uur over naar de volgende filter. Dat gebeurt steeds om 0:00u UT.

Het labo analyseert de filters met ICP-MS. De volgende parameters worden gemeten: arseen, cadmium, chroom, koper, mangaan, nikkel, lood, antimoon, zink.

CO wordt gemeten met automatische monitoren die werken volgens het principe van niet-dispersieve infraroodspectroscopie. Omgevingslucht wordt continu door een absorptiekamer gezogen. Doorheen deze kamer wordt infraroodlicht gestuurd en het aanwezige CO absorbeert een gedeelte van dit licht. De verzwakking van het infraroodlicht is een maat voor de CO-concentratie.

Vluchtige organische stoffen (VOS) meten wij met samplers of met automatische monitoren. Om het verschil tussen beide te duiden, geeft onderstaande tabel een overzicht van de voornaamste eigenschappen van beide meetmethoden.

Bij de semiautomatische VOS-metingen onderscheiden we twee verschillende sampler-methoden:

• Voor de actieve bemonstering gebruiken we een pompje dat lucht over een adsorptiebuisje zuigt met een constant debiet van ongeveer 35 milliliter per minuut. Op de meetplaats zorgt een monsterwisselaar er voor dat we elke dag een daggemiddelde monster nemen.
• Bij de passieve bemonstering hangen we gedurende één of twee weken een adsorptiebuisje op in een daarvoor speciaal voorziene behuizing met smalle poriën (een zogenaamde body). Door middel van diffusie komen VOS op de sampler terecht. Zo krijgen we een beeld van de gemiddelde concentratie VOS tijdens gans deze periode. Al naargelang het type buisje en body, kunnen we andere VOS meten.

De bemonsterde samplers worden later geanalyseerd in het labo van de VMM met behulp van thermische desorptie en gaschromatografie-vlamionisatiedetectie of hoger performantie vloeistofchromatografie-UV-detectie.

Een automatische monitor staat in een geklimatiseerde meetcabine en voert continu meerdere processen tegelijk uit. De monitor zuigt buitenlucht aan, analyseert ze (met behulp van thermische desorptie en gaschromatografie-vlamionisatiedetectie) en stuurt de gemeten VOS-concentraties daarna direct door naar een centrale computer van de VMM. Hierdoor is de VMM steeds op de hoogte van de actuele gemeten VOS-concentraties.

Met de monitoren meten we de 5 VOS uit de zogenaamde BTEX-groep, dit zijn:

• B: benzeen
• T: tolueen
• E: ethylbenzeen
• X: Xyleen-isomeren (som van meta- & para-xyleen en ortho-xyleen)

Zwaveldioxide meten wij met passieve samplers of met automatische monitoren. Om het verschil tussen beide te duiden, geeft onderstaande tabel een overzicht van de voornaamste eigenschappen van beide meetmethoden.

SO₂ wordt gemeten met automatische monitoren die werken volgens het principe van UV-fluorescentie. Omgevingslucht wordt continu door een meetkamer gezogen. De lucht wordt bestraald met UV-licht van een bepaalde golflengte. De aanwezige SO₂-moleculen zullen dit UV-licht absorberen en naar een hoger energieniveau worden gebracht. Bij het terugvallen van de SO₂-molecule naar de grondtoestand wordt UV-straling met een andere golflengte uitgezonden. De intensiteit van deze straling is evenredig met de SO₂-concentratie.

Bij passieve samplers wordt de omgevingslucht door diffusie bemonsterd op adsorberend materiaal. We noemen dit ‘passief’ omdat de lucht niet actief wordt aangezogen. De samplers voor SO₂ hebben de vorm van een 'badge' en bevatten een gaasje met een chemische stof die dit gas adsorbeert. Om de meting te starten, halen we de sampler op de meetplaats uit de verpakking. We hangen de sampler in de voorziene behuizing gedurende de hele meetperiode (typisch 4 weken). Daarna wordt de sampler opnieuw afgesloten en aan het labo bezorgd voor chemische analyse. Het resultaat is de gemiddelde concentratie van SO₂ tijdens de meetperiode.

We meten PFAS in lucht met semiautomatische toestellen. PFAS in zwevend stof wordt bemonsterd op kwartsvezelfilters en PFAS in gasfase op polyurethaanschuim. Wanneer we enkel PFAS in zwevend stof meten, maken we gebruik van een low-volume sampler met een debiet van ca. 2,3 m³ per uur. Wanneer we PFAS in zowel zwevend stof als gasfase meten, maken we gebruik van een high-volume sampler met een debiet van ca. 4 m³ per uur. 

Om de 14 dagen worden de filter(s) uit het toestel gehaald. Daarna gaan ze naar het labo waar de PFAS geëxtraheerd wordt van de filter(s) om ze tenslotte te analyseren via vloeistofchromatografie gekoppeld aan een tandem of hoge resolutie massaspectrometer.