Mikropartikelemissionen von Verbrennungsmotoren mit Abgasreinigung – Röntgen-Photoelektronenspektroskopie in der Umweltanalytik

Abstract

In den letzten funfzehn Jahren wuchs die Einsicht in die Notwendigkeit eines effizienten Umweltschutzes. Konkrete MaBnahmen setzen allerdings eine umfassende Analyse der gegebenen Umweltsituation und die Abschatzung sowohl der positiven Auswirkungen als auch der Risiken einer geplanten Veranderung voraus. Dies ist nur in einer fachubergreifenden Zusammenarbeit naturwissenschaftlicher Disziplinen moglich. Beispielsweise wird zur Eindammung der neuartigen Waldschaden die Entgiftung der Abgase von Kraftfahrzeugen als vorrangig erachtet, und die Dreiwegekatalysatortechnik wird dabei gegenwartig als ein geeignetes Mittel angesehen. In diesem Beitrag wird iiber Versuche berichtet, die chemische Konstitution von Mikropartikeln, die aus Verbrennungsmotoren emittiert werden, aufzuklaren und eventuelle Veranderungen dieser Emission durch den Katalysator festzustellen. Da vor allem die Oberflache dieser Partikel, also die Grenzschicht zwischen Emissionsprodukt und Umwelt, als wirksamer Bereich interessiert, wurde eine oberflachenempfindliche Methode aus , der Festkorperphysik, die Rontgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS oder ESCA), erstmals in der Umweltanalytik eingesetzt. In diesem Beitrag werden vor allem die MeB-und Interpretationsmoglichkeiten behandelt. An eine Beschreibung der Versuchsbedingungen schlieI3t sich eine Diskussion der Ergebnisse zweier MeBreihen an Diesel-und Ottomotoren, die in ihren Abgaswegen rnit RuBfiltern bzw. Dreiwegekatalysatoren ausgeriistet waren, an. Der Beitrag mochte auch dazu anregen, XPS verstarkt in der Umweltanalytik einzusetzen.

Dissolution of metallic platinum as water soluble species by naturally occurring complexing agents

“…Comparing the dissolution of Pt(0) in air or oxygen [17] it becomes obvious, that the aqueous blank values correspond quite well (This indicates the good correlation of platinum determination with NAA or ICP-MS), whereas the "complexing solutions" show great differences. This can be explained as follows: First step of the reaction is the oxidation with 02 [5]. Without the presence of a potent complexing agent to remove the platinum oxide formed as soluble complexes (second step), the surface of Pt(0) is rapidly saturated with the oxide, thus further oxidation is kinetically inhibited.…”

“…However difficulties arise, due to the very complex matrix of the dust. Although the platinum emitted by autocatalysts mainly exists in the metallic form [5,21] comparison with metallic Pt black is difficult since matrix effects also have to be considered. These matrix effects are e.g.…”

“…Especially the interaction of the emitted, mainly metallic platinum [5] with soil substances has to be monitored closely, as the roadside soil is the first contact for the platinum and thus determines its possible way into the human food chain. Many platinum compounds are known to cause severe allergies and cytotoxic effects even in very small doses [6][7][8], therefore the concentrations present in exposed environmental samples which are a hundred times higher than the normal background concentrations, must no longer be neglected (earth's crust: 0.1-1 ggkg -1 [9], road dusts: 60-250 pgkg -1 in 1996 [10]).…”

Platinum Group Elements

“…As a result, a fair amount is known about this emission source. Dynamometer experiments have shown that Pt is emitted together with wash coat particles having a diameter of 0.1-20 mm, as well as nanoparticulates of Pt and PtO 2 clusters of <5 nm [7]. Artelt et al [25,26] demonstrated that most of the emitted particles have a diameter >10 mm.…”

“…Artelt et al [25,26] demonstrated that most of the emitted particles have a diameter >10 mm. Although most PGE appear to be emitted in metallic form (Pt 0 , Pd 0 ), small amounts of Pt(II) and Pt(IV) may be present in exhaust fumes [7]. Automobiles with three-way catalytic converters have been found to emit Pt in the range 2-78 ng km À1 [26].…”