VDI 2100 Blatt 4-2015 Gaseous ambient air measurement - Indoor air pollution measurement - Gas chromatographic determination of organic compounds - Methods of preparing calibration.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMessen gasfrmiger Verbindungen in der AuenluftMessen von InnenraumluftverunreinigungenGaschromatografische Bestimmungorganischer VerbindungenHerstellungsverfahren von Kalibriergasen undKalibrierlsungenGaseous ambient air measurementIndoor air pollution measurementGas chroma

2、tographic determination oforganic compoundsMethods of preparing calibration gases andcalibration solutionsVDI 2100Blatt 4 / Part 4Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 5: Analysen- und Messverfahren IIVDI-RICHTLINIENICS 13.040.20 Mrz 2015 March 2015Inh

3、alt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 22 Formelzeichen und Abkrzungen . . . . . . . 43 Herstellung von Kalibriergasen . . . . . . . . 63.1 Allgemeines . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . 63.2 Kontinuierliche Injektion . . . . . . . . . . 73.3 Statische Injektion . . . . . . . . . . . . . 163.4 Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Herstellung von Kalibrierlsungen . . . . . . 334.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.2 Gravimetrisch-volumetrische

5、 Herstellung . 354.3 Gravimetrische Herstellung . . . . . . . . . 404.4 Volumetrisches Verfahren fr die Dampfraumanalyse (Headspace-Technik) . 505 Hinweise zu qualittssichernden Manahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.2 Anforderungen an

6、das Management . . . . 575.3 Technische Anforderungen . . . . . . . . . 585.4 Messunsicherheit . . . . . . . . . . . . . . 59Anhang A Herstellungsverfahren von Prfgasen . 63Anhang B Kalibriergase aus Druckgasbehltern . 65 B1 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . 65B2 Anwendungsbeispiele . . . .

7、. . . . . . . . 68Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Der Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.The draft of this standard has been subject to publ

8、ic scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . .

9、. . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Symbols and abbreviations . . . . . . . . . . 43 Preparation of calibration gases . . . . . . . 63.1 General remarks . . . . . . . . . . . . . . 63.2 Continuous injection . . . . . . . . . . . . 73.3 Static injection

10、 . . . . . . . . . . . . . . . 163.4 Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Preparation of calibration solutions . . . . . 334.1 General remarks . . . . . . . . . . . . . . 334.2 Gravimetric-volumetric preparation . . . . 354.3 Gravimetric preparation . . . . . . . . . . 404.4 Volumetric

11、method for vapour space analysis (headspace method) . . . . . . . . 505 Notes on quality assurance . . . . . . . . . . 57 5.1 General remarks . . . . . . . . . . . . . . 575.2 Management requirements . . . . . . . . . 575.3 Technical requirements . . . . . . . . . . . 585.4 Measurement uncertainty.

12、. . . . . . . . . 59Annex A Methods of test gas preparation . . . . . 64Annex B Calibration gases from compressed-gas cylinders . . . . . . . . . . . . . . . . . 65B1 Field of application . . . . . . . . . . . . . 65B2 Application examples. . . . . . . . . . . . 68Bibliography . . . . . . . . . . .

13、. . . . . . . . . 73FrhereAusgaben: 11.03; 03.13 Entwurf, deutsch Former editions: 11/03; 03/13Draft, in German onlyZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2015Vervielfltigung auchfr innerbetrie

14、blicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltmesstechnikB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8DD9NormCD - Stand 2015-03 2 VDI 2100 Blatt 4 / Part 4 Alle Rechte vorbehalten Verein

15、 Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweis

16、e oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt

17、haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2100.EinleitungHerstellungsverfahren von Prfgasen werden in ver-schiedenen internationalen Normen beschrieben (siehe Tabelle A1 in Anhang A), die in erster Linie auf die Prin

18、zipien zur Herstellung von Prfgasen ein-gehen.Beim Kalibrieren flchtiger organischer Verbindun-gen ist sehr differenziert vorzugehen. In der vorlie-genden Richtlinie VDI 2100 Blatt 4 sind deshalb in der Praxis bewhrte und zum Teil im bentigten Kon-zentrationsbereich durch Ringversuche 1 validierte H

19、erstellungsverfahren aufgefhrt, wobei nicht nur Herstellung und Einsatzbereich ausfhrlich erlutert werden, sondern anhand von Ausfhrungsbeispielen die praktische Anwendung beschrieben wird.Die Herstellungsverfahren der Kalibriergase und Ka-librierlsungen sind Basisverfahren, die auf SI-Ein-heiten zu

20、rckgefhrt werden knnen; die Konzentra-tionen werden als grundstzlich richtig angesehen. Im Rahmen von Manahmen zur Qualittssicherung muss jedes der beschriebenen Herstellungsverfahren gegen weitere unabhngige Referenzen oder durch Teilnahme an Ringversuchen verglichen werden, um systematische Fehler

21、 auszuschlieen, die beispiels-weise durch fehlerhafte Anwendung, Gerte oder Apparaturen hervorgerufen sein knnten.1 AnwendungsbereichDie Richtlinienreihe VDI 2100 befasst sich mit der analytischen Bestimmung flchtiger organischer Verbindungen. Wie den Richtlinien VDI 2100 Blatt 1 bis Blatt 3 zu entn

22、ehmen ist, handelt es sich dabei um ein breites Komponentenspektrum in einem weiten Preliminary noteThe content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reprodu

23、ction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish

24、to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/2100.IntroductionThe preparation of test gases is described in various international standards (see Table A1 in Annex A

25、), which describe primarily the principles for preparing test gases. When calibrating for volatile organic compounds, a very differentiated approach must be used. This standard, VDI 2100 Part 4, thus presents proven prep-aration methods, some of which have also been vali-dated by carrying out inter-

26、laboratory comparisons 1 in the necessary concentration range. It not only explains about preparation and fields of application, but also gives execution examples describing practi-cal use.Processes for the preparation of calibration gases and calibration solutions are fundamental methods that can b

27、e traced back to SI units; the concentrations are considered fundamentally correct. As a measure of quality assurance, each of the preparation methods described shall be compared to other independent ref-erences or by taking part in inter-laboratory compar-isons. This is required in order to prevent

28、 systematic errors, which may arise from incorrect use or faulty equipment. 1 ScopeThe series of standards VDI 2100 deals with the ana-lytical determination of volatile organic compounds. As set out in the standards VDI 2100 Part 1 to Part 3, this includes a wide spectrum of components within a wide

29、 range of boiling points and volatilities. Practice B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8DD9NormCD - Stand 2015-03VDI 2100 Blatt 4 / Part 4 3 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015Siede- und Flchtigkeitsbereich. Die Praxis hat ge-zeigt, dass die Kalibrierung der e

30、ingesetzten Analy-senverfahren nicht unproblematisch ist. Dabei ist von vornherein darauf zu achten, wie die Kalibrierung als Manahme zur Quantifizierung und Qualittssiche-rung in das analytische Verfahren eingebunden ist.Die Richtlinie VDI 2100 Blatt 4 beschreibt Herstel-lungsverfahren von Kalibrie

31、rgasen und Kalibrierl-sungen fr die Messung gasfrmiger organischer Verbindungen in der Auenluft oder der Innenraum-luft mittels gaschromatografischer Bestimmung.Bild 1 zeigt in einer bersicht, auf welche Art Ka-librierungen vorgenommen werden knnen. Bild 2 ergnzt diese Darstellung, indem dort die in

32、 dieser Richtlinie beschriebenen Herstellverfahren mit ihren mglichen Einsatzbereichen aufgefhrt sind.has shown that the calibration of the analytical proce-dures used is not without problems. Here, attention must be paid from the start to how calibration, which is a measure for quantification and q

33、uality assurance, is integrated into the analytical procedure. The standard VDI 2100 Part 4 describes preparation methods for calibration gases and calibration solu-tions for the measurement of gaseous organic com-pounds in ambient air or indoor air by means of gas chromatographic determination.Figu

34、re 1 gives an overview of the applicable cali-bration methods. Figure 2 completes this represen-tation by listing the calibration procedures described in this standard with their possible ranges of use. Bild 1. Kalibrierung des Analysensystems1 Probeneinlass2 Probenerfassung3 Probenkonditionierung4

35、Adsorption5 Aufbereitung6 Analyse7 Datenerfassunga Kalibrierung des Gesamtsystems mit Prfgasb Ermittlung der Wiederfindungsrate mit Prfgasc Ermittlung der Wiederfindungsrate mit Standard- lsungd Ermittlung der Analysenfunktion mit Prfgas oder Standardlsungnicht bei allen Verfahren ntigFigure 1. Cali

36、bration of the analytical system1 sample inlet2 sample collection3 sample conditioning4 adsorption5 preparation6 analysis7 data collectiona calibration of the total system with test gasb determination of the recovery rate with test gasc determination of the recovery rate with standard solutiond dete

37、rmination of the analytical function with test gas or standard solutionnot required for all methodsBild 2. Eignung von Verfahren zur Herstellung von Kalibriergasen und -lsungen fr Messkomponenten in unterschiedlichen Siedeberei-chen() noch anwendbar bei hheren Permeations-, Diffusions- oder Injektio

38、nstemperaturenB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8DD9NormCD - Stand 2015-03 4 VDI 2100 Blatt 4 / Part 4 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 20152 Formelzeichen und AbkrzungenFormelzeichenIn dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen ver

39、wendet:Formel-zeichenBezeichnungA Querschnitt des DiffusionsrohrsD DiffusionskoeffizientF Verdnnungsfaktor (falls die Stammlsung verdnnt wurde)i LaufzahlK Korrektor fr die Luftverdrngungl Lnge der Diffusionsstrecke (des Diffusions-rohrs)M molare Massemi Masse der Komponente im1 Leermasse des Gefesm2

40、 Masse des Gefes nach der Dosierungm Massenstrom (Permeations-, Diffusionsrate)n Gesamtanzahl der VerdnnungsvorgngePi Reinheit der Substanz ipamb Umgebungs- bzw. KammerdruckpD Dampfdruck bei der Temperatur Tpn Normluftdruck (pn = 101,3 kPa)ptot Gesamtdruckp1i Kammerdruck nach Abpumpenp2i Kammerdruck

41、 nach AuffllenR Gaskonstante, R = 8,3145 Nm/(Kmol)s relative WiederholstandardabweichungT thermodynamische TemperaturTamb Umgebungs- bzw. KammertemperaturTref Referenztemperatur (Tref = 293 K)2 Symbols and abbreviationsSymbolsThe following symbols are used throughout this standard:Symbol Designation

42、A cross-section of the diffusion tubeD diffusion coefficientF dilution factor (if the stock solution was diluted)i consecutive numberK correction for air displacementl length of diffusion path (diffusion tube)M molar massmi mass of component im1 empty mass of vesselm2 mass of vessel after dispensing

43、m mass flow (permeation rate, diffusion rate)n total number of dilutionsPi purity of substance ipamb ambient or chamber pressurepD vapour pressure at temperature Tpn standard air pressure (pn = 101,3 kPa)ptot total pressurep1i chamber pressure after evacuationp2i chamber pressure after refillingR ga

44、s constant, R = 8,3145 Nm/(Kmol)s relative repeatability standard deviationT thermostat temperatureTamb ambient or chamber temperatureTref reference temperature (Tref = 293 K)Figure 2. Suitability of methods for the preparation of calibration gases and solutions for measuring compounds with differen

45、t boiling points() also suitable for higher permeation, diffusion, or injection temperaturesB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8DD9NormCD - Stand 2015-03VDI 2100 Blatt 4 / Part 4 5 All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015AbkrzungenIn dieser Richtlinie werden die na

46、chfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet:BT(E)X Benzol, Toluol, (Ethylbenzol), XyloleCRM zertifiziertes ReferenzmaterialDKD Deutscher KalibrierdienstFEP perfluoriertes Ethen-Propen-Copolymeri-satGC Gaschromatograf(ie)IR InfrarotFormel-zeichenBezeichnungt Zeitdaueru StandardunsicherheitV VolumenVd

47、 dosiertes VolumenVi zugefgtes Volumen der i-ten Abstufung der Kalibrierlsungen Vm reales molares Volumen der Komponente bei TrefVtot GesamtvolumenV0 Volumen des MesskolbensV VolumenstromV2 Volumenstrom des Verdnnungsgases fr das Kalibriergas der zweiten StufeVd DosierrateVd2 Dosierrate des Kalibrie

48、rgases der ersten Stufe in die zweite StufeVg Volumenstrom des GrundgasesVinj Volumenstrom durch den InjektorV1 Volumenstrom des VerdnnungsgasesW relative erweiterte Unsicherheitw relative UnsicherheitwB kombinierte relative Standardunsicherheit Massenkonzentration im Prfgas0i Massenkonzentration (d

49、er Komponente i) in der Stammlsung1i Massenkonzentration (der Komponente i) im Kalibriergas oder in der Kalibrierlsung der ersten Stufe2i Massenkonzentration (der Komponente i) im Kalibriergas oder in der Kalibrierlsung der zweiten StufeD Korrektur durch DampfverlustT Korrektur der Tarabestimmung Dichteliq Dichte der Flssigkeit MassenanteilAbbreviationsThe following abbreviations are used throughout this standard:BT(