Olfaktometrie, Elektronische Nase und Gaschromatographie bei Geruchsuntersuchungen

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1 Olfaktometrie, Elektronische Nase und Gaschromatographie bei Geruchsuntersuchungen Prof. Dr. Jean-Marc Stoll Dipl.-Ing. Balz Solenthaler Dipl.-Ing. Andreas Büeler Hochschule für Technik Rapperswil Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik (UMTEC) 29. April 2005

2 Geruchsuntersuchungen mit 3 Methoden Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 2

3 Olfaktometrie 1. Sammeln der Proben in Säcken und Transport ins Labor 2. Messung mit 4-8 Probanden 3. Erfassen der Geruchs-Schwelle 4. Erfassen der Qualität des Geruchs Olfaktometer T08 (Ecoma Deutschland) Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 3

4 Elektronische Nase Elektronische Nase FOX 3000, Portman Instruments Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 4

5 Elektronische Nase Signale der 12 Sensoren 2-dimensionale Geruchs-Auswertung Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 5

6 Gas-Chromatographie MPS- Bedienung Transportsystem (Spritze) Multi Purpose Sampler (MPS) SCHEMA GASCHROMATPGRAPH LEGENDE C: Trägergas VT98t (adsorbierte Proben) Wasch- / Parkstation VT98 (Flüssigproben) Bestellnummer Dichtungen (xx= Aussendurchm.): : 1805xx A: Luft: S: Splitausgang Flüssig-N 2 -Kühlung TDU oder SFK Splitausgang NPD (front) FID (back) Peltierkühlung TD- Pneumatik Luft Wasserstoff Makeupgas N 2 : 1705xx : Detektoren : Bedienungen : Aufgabensystem Wasserstoff H 2 : Probenhalter : Mischelemente Kreuzstück ODP KAS- Bedienung GC- Bedienung Säule Verdünnung / Befeuchtung Ofen GASCHROMATOGRAPH Sniffing Port Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 6

7 Gas-Chromatographie FID-Signal mit Geruchskommentaren säuerlich nach Müll nach Gülle? NPD-Signal Gas-Chromatogramme einer Deponie-Wasser-Probe Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 7

8 Vergleich der Methoden Olfaktometrie Elektronische Nase Gas- Chromatograph Vorteile Sensorische Beurteilung des Geruchs wirkungsbezogen Quantitative Erfassung von Geruchsqualitäten Konservierung von Proben Automatisierbar Konservierung von Proben genaue Einzelstoffbestimmung ( Leitkomponenten) Beurteilung der Einzelstoffe durch Testpersonen Automatisierbar Nachteile Personal-intensiv (4-8 Personen) Keine Konservierung von Proben möglich Störsubstanzen (Wasser) Nur ein Teil der Geruchs-aktiven Substanzen wird erfasst Verlust von nicht GC-gängigen Substanzen Entmischung kann zu Veränderungen der Gerüche führen Überdeckung mit nicht geruchsaktiven Substanzen Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 8

9 Beispiel: Sondermülldeponie Kölliken SMDK Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 9

10 SMDK: Extraktion der geruchsbildenden Gase Synthetische Luft Abwasserprobe Luftprobe mit Abwasser-Geruch Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 10

11 SMDK: Geruchsschwelle Olfaktometrie GE AB1 P29 P3 WQ Drainagebrunnen Deponiewasser Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 11

12 SMDK: Geruchsqualität Geruchsausprägung einer Deponiewasser-Probe Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 12

13 SMDK: Geruchs-Qualitäten Drainagebrunnen: chemisch Chlor modrig erdig Wasser aus der Deponie: scharf beissend nach Abwasser schweflig Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 13

14 SMDK: Ergebnisse aus den Olfaktometrie-Messungen Gute Übereinstimmung zwischen den Probanden Es gibt gewisse Ähnlichkeiten zwischen allen Proben, da es sich immer um Abwasserproben handelt. ( SMDK-Geruch ) Die Proben, die direkt aus der Deponie stammen, unterscheiden sich deutlich von den anderen Proben. Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 14

15 SMDK: Resultate Elektronische Nase Drainagebrunnen scharf, beissend nach Abwasser schweflig Deponiewasser nach Javelwasser, Chlor chemisch modrig, erdig, schimmlig Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 15

16 SMDK: Resultate Elektronische Nase Proben mit ähnlichen Gerüchen (Olfaktometrie-Messungen) liefern auch bei der EN ähnliche Resultate Die Proben, die direkt aus der Deponie stammen, heben sich wie bei der Beurteilung der Geruchsqualität mit Versuchspersonen deutlich von den anderen Proben ab. Starke Gerüche (Emissionen) lassen sich mit Adsorptionsröhrchen konservieren Schwache Gerüche (Immissionen) lassen sich erst ab einer Konzentration, die 4x über der Geruchsschwelle liegt, konservieren. Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 16

17 SMDK: Messungen mit Gas-Chromatographie Messung von 62 flüchtigen organischen Inhaltsstoffen (PuT-Liste nach EPA 524.2) Vergleich der GC-Messungen mit Olfaktometrie-Messungen Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 17

18 SMDK: Resultate Gas-Chromatographie Leitsubstanz Toluol [µg/l] [µg/l] R 2 = Geruchsstoffkonzentration [GE] Einzelne Substanzen im Wasser können als Leitparameter für die Geruchsintensität der Luft verwendet werden. Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 18

19 Zusammenfassung 1. Die SMDK-Gerüche haben eine objektiv beschreibbare Identität (durch Probanden beschriebene Geruchsqualität). 2. Die SMDK-Gerüche sind auch mittels EN identifizierbar (was für die Probanden ähnlich riecht, wird auch mit der EN als ähnlich identifiziert). 3. Die SMDK-Gerüche sind konservierbar auf Tenax (das desorbierte Gas hat den gleichen Geruch, wie die Wasserproben). 4. Einzelne Substanzen im Wasser können als Leitparameter für die Geruchsintensität der Luft verwendet werden. 5. Für die immissionsseitige Erfassung der Gerüche mittels EN ist eine Aufkonzentration um einen Faktor 4 erforderlich. Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 19

20 Beispiel: Tetrahydrothiophen (THT) im Stadtgas Problem: Ein Leck in einer Gasleitung in der Schweiz hatte vor ca. 2 Jahren eine Explosion mit mehreren Toten zur Folge, weil der Geruchsstoff THT von den Anwohnern nicht wahrgenommen wurde. Hypothese: Lösungsansatz: Methoden: Der Geruch von THT wird durch Mineralöl-kontaminierten Boden so verändert oder überdeckt, dass THT nicht mehr als solches wahrgenommen wird. Durchführen von Säulenversuchen mit verschiedenen sauberen und kontaminierten Böden. Gas-Chromatographie, Olfaktometrie Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 20

21 Beispiel: THT im Stadtgas Tankstelle unterirdische Benzin-Tanks ausströmendes Gas Gasleitung kontaminierter Boden Leck Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 21

22 Beispiel: THT im Stadtgas, Aufbau Versuchsanlage 3-Weg-Ventil Erde (kontaminiert) 3-Weg-Ventil Bunsenbrenner Stadtgas (THT) Flow meter Adsorptionsröhrchen Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 22

23 Beispiel: Styrol in Isolationsplatten Problem: Lösungsansatz: Methoden: In einem industriellen Prozess wird bei der Produktion von Isolationsplatten Styrol verwendet. Der Styrolgehalt in den Platten ist kritisch Platten mit zu viel Styrol müssen aussortiert werden. Die Produktion wird mit einer elektronischen Nase kontinuierlich überwacht. elektronische Nase, Gas-Chromatographie Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 23

24 Beispiel: Styrol in Isolationsplatten Schema Isolationsplatten Leim mit Styrol Cellulose Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 24

25 Zusammenfassung 1. Geruchsmessungen können nicht ohne den sensorischen Ansatz durchgeführt werden (Mensch ist nicht ersetzbar). 2. Sensorische Eindrücke können sinnvoll untermauert werden durch instrumentelle Analysen (EN, GC mit sniffing port). 3. Durch Kombination der drei Methoden Olfaktometrie, Elektronische Nase und Gas-Chromatographie (mit sniffing port) werden am UMTEC gezielt Probleme gelöst (Zuordnung von Gerüchen, Leitsubstanzen, industrielle Prozesse,..) 4. Das UMTEC steht am Anfang einer viel versprechenden Entwicklung. Wir sind bereit für die Herausforderung. Olfaktometrie, Elektronische Nase und GC bei Geruchsuntersuchungen 25