Multielementanalytik von Luftstaub mittels Instrumenteller Neutronenaktivierungsanalyse

Dr. Michael Nett, Institut für Kernchemie, Universität Mainz


Mittels einer großvolumigen Aerosolsammelapparatur wurde die Luft in Mainz kontinuierlich angesaugt und durch einen Filter geleitet. Die Filter wurden wöchentlich gewechselt und der abgeschiedene Staub analysiert. Die gefilterte Luftmenge betrug rund 100.000 m3. Die Filter wurden gepreßt und zerschnitten, eine weitere chemische Probenvorbereitung fand nicht statt. Zunächst wurden die Filter mit einem Ge-Detektor gezählt, um die enthaltenen gammastrahlenden Isotope zu untersuchen. Danach wurden mittels Instrumenteller Neutronenaktivierungsanalyse (INAA) die Konzentrationen von 32 verschiedenen Elementen bestimmt (Na, Al, Cl, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, As, Se, Br, Rb, Mo, In, Sb, I, Cs, Ba, La, Ce, Sm, Eu, Hf, Au, Th, U). Dazu wurden die Filter im Mainzer TRIGA- Reaktor bestrahlt und die resultierende Aktivität gammaspektroskopisch gemessen. Zur Bestimmung einer Vielzahl von Elementen wurde eine Abfolge von zwei Bestrahlungen und fünf Messungen mit unterschiedlichen Dauern und zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt. Die Messungen erfolgten mit einem Anticomptonspektrometer, einem System aus fünf in Antikoinzidenz zueinander geschalteten Detektoren, das in der Lage ist, den störenden Comptonuntergrund zu reduzieren.

Die Elementkonzentrationen wurden über ein Jahr (1995) gemessen. Aus den Konzentrationen lassen sich Anreicherungsfaktoren berechnen, die eine Unterscheidung von Elementen aus natürlichen und anthropogenen Quellen ermöglichen. Zu den hoch angereicherten Elementen zählen Se, Sb, Br, I, Cl, Au, As, Zn, Mo und Cu. Als Referenzelement für die Erdkruste diente Aluminium. Wesentliche anthropogene Quellen sind Verbrennungsprozesse. Eine graphische Methode nach Rahn, kann ebenfalls aus den lokalen Böden stammende Anteile des Aerosols von anthropogenen Anteilen unterscheiden. Tabellierte Werte für die mittlere Erdkrustenzusammensetzung sind dazu nicht notwendig.

Es zeigen sich unterschiedliche Verhältnisse für Sommer und Winter. Aus der Bodenerosion stammende Elemente zeigen im Sommer eine leicht erhöhte Konzentration, viele anthropogene Elemente dagegen im Winter deutlich erhöhte Konzentrationen.

Außerdem wurden Korrelationen der Elemente untereinander bestimmt. Die aus der Erdkruste stammenden Elemente sind untereinander gut korreliert (Al, La, Ce, Sa, Eu, Sc, Hf, Th, U, Ti, Fe). Anthropogen verursachte Elemente zeigen dagegen weder mit diesen für die Erdkruste typischen Elemente, noch untereinander gute Korrelationen.

Mit Hilfe von Rückwärtstrajektorien, die vom Institut für Physik der Atmosphäre zur Verfügung gestellt wurden, läßt sich der Ursprung der gefilterten Luftmassen berechnen. Die Zusammensetzung der gefilterten Luft war überwiegend maritimen Ursprungs. Die meisten der bestimmten Elemente zeigen höhere Konzentrationen bei Luftmassen aus kontinentalem Ursprung.


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