Institutionen för tillämpad miljövetenskap (ITM) Referenslaboratoriet för tätortsluft 2010-11-03 Referenslaboratoriets rekommendation angående likvärdig metod Mätmetod: Kontinuerlig mätning av PM 2,5 - och PM 10 -fraktionerna av svävande partiklar i utomhusluft med optisk partikelräkning. Instrumentbeteckning: Grimm Environment Dust Monitor #180. Ämne/parameter: Tillverkare: Ansökan från: PM 2,5 - och PM 10 -fraktionerna av svävande partiklar. Grimm Aerosol Technik, Tyskland. ExIS AB, Älvsjö. Användningsområde: För kontinuerliga immissionsmätningar av PM 2,5 - och PM 10 - fraktionerna av svävande partiklar i tätortsluft och liknande tilllämpningar avseende kontroll av MKN. Testat mätområde: PM 2,5 : 0 till 80 μg/m 3. PM 10 : 0 till 120 μg/m 3. Mjukvara: Version 7.80 E Berechnungs-Modul CRC(CA00H..DFFFH) = CAC8H. Anmärkningar: För att få uppmätta halter med Grimm #180 likvärdiga med referensmetoden ska en kalibreringsfaktor användas både för PM 2,5 och PM 10 och instrumentets kalibreringsfunktion ska verifieras på mätplatsen. Instrumentets omgivningstemperatur får inte vara under 10 ºC. Tester och service ska ske enligt tillverkarens rekommendationer. Underlagsrapporter: LUWB, Prüfbericht 21-18/2005, Januar 2006. UBA (Wien), Equivalence test for PM 10 and PM 2,5, Januar 2010. Rekommendationer: Med de angivna rapporterna som underlag bedömer referenslaboratoriet att instrumentet Grimm EDM #180 från Grimm Aerosol Technik, Tyskland är likvärdigt med referensmetoderna för PM 2,5, SS-EN 14907:2005 och PM 10, SS-EN 12341:1998 efter att instrumentets kalibreringsfunktioner har verifierats mot referensmetoderna på mätplatsen. Postadress: ITM Telefon: 08-674 70 00 Stockholms universitet Telefax: 08-674 73 25 106 91 STOCKHOLM Hemsida: www.itm.su.se/reflab/
Sid 1 (4) Institutionen för tillämpad miljövetenskap (ITM) Referenslaboratoriet för tätortsluft Bilaga till Referenslaboratoriets bedömning angående Grimm #180 som likvärdig metod med referensmetoderna (SS-EN 12341 och SS-EN 14907) för mätning av PM 10 och PM 2,5 Bakgrund: ExIS AB har 2008-03-25 ansökt hos Naturvårdsverket att instrumentet Grimm Environment Dust Monitor #180 tillverkad av Grimm Aerosol Technik, Tyskland, och som mäter enligt principen optisk partikelräkning, ska rekommenderas som likvärdigt med referensmetoderna SS-EN 12341:1998 och SS-EN 14907:2005 för mätning av partikelfraktionerna PM 10 och PM 2,5 i utomhusluft. Ansökan har bedömts enligt Naturvårdsverkets rutin "Hantering av certifiering av mätinstrument och rekommendation av likvärdiga metoder för kontrollen av miljökvalitetsnormer för utomhusluft", avdelningsprotokoll M 214-07, 2007-11-29. Som underlag för ansökan har ExIS AB bifogat: LUWB (Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg) Prüfbericht 21-18/2005 "Prüfung des Schwebstaubmessgerätes Environmental Dust Monitor - model 180 der Firma Grimm Aerosoltechnik auf gleichwertige ergebnisse wie mit der Referenzmethode der Europäischen Norm DIN EN 12341 bei der Messung von Schwebstaub der Fraktion PM10", 05. Januar 2006, 83 pp. "Equivalence test for PM10 and PM2.5 Equivalence test of optical PM monitors by order of the company GRIMM at 4 measurement locations in Austria", Andreas Wolf, Marina Fröhlich and Lorenz Moosmann, Report from Umweltbundesamt, Wien, Januar 2010, 40 pp. Mätmetod: Mätmetoden för instrumentet Grimm #180 är optisk partikelräkning. Principen för en optisk partikelräknare för kontinuerlig mätning av svävande partiklar i utomhusluft är ljusspridning och visas i figur 1 nedan. I figur 2 visas schematiskt hur mätningarna med Grimm #180 sker. Insuget av provluft sker genom ett TSP-huvud (TSP = Total Suspended Particles), dvs alla partiklar mindre än 50 100 µm.
Sid 2 (4) 1. Provluft in 2. Ljuskälla 3. Detektor 4. Filter 5. Pump Figur 1 Principen för optisk ljusspridning. En ljusspridningsdetektor mäter den del av ljuset som spridits i en viss riktning (t ex framåt, åt sidan eller bakåt) och ger ett mätutslag som är proportionellt mot koncentrationen av det spridande materialet (t ex partiklar) i provflödet. Instrumentet kalibreras genom att samla in kända koncentrationer partiklar av känd storlek. Masskoncentrationen av partiklar beräknas genom att omvandla partikelantal som uppmätts per tidsenhet till massa per tidsenhet genom att använda en tidigare bestämd partikeltäthet. Figur 1 Skiss av mätning med optisk partikelräknare (från broschyr för Grimm #180).
Sid 3 (4) Den fysikaliska mätprincipen för Grimm #180 är ortogonal ljusspridning. Provluften leds in i en mätkammare och partiklarna belyses med laserljus (λ = 655 nm) i 90 graders vinkel mot flödesriktningen. Vid immissionsmätningar är partikelkoncentrationen så låg att det i mätvolymen mestadels endast finns en partikel samtidigt. Det från partikeln spridda ljuset skickas via en spegel till en fotodiod (detektorn). Intensiteten av den reflekterade ljusstrålen är proportionell mot partikelns storlek. Antalet impulser per tidsenhet beror på antalet partiklar och volymflödet. Varje signal från dioden matas, efter förstärkning, in i en pulshöjdsanalysator och klassificeras till storlek och sparas i olika kanaler. Impulsräkningarna överförs till en massfördelning från vilken de olika partikelstorlekarna kan erhållas. Med lämplig programvara är det möjligt att få fram massfördelningen i μg/m 3 för partikelfraktionerna PM 10, PM 2,5 och PM 1. Testprogram: För partikelmätare som ska användas för kontroll av Miljökvalitetsnormerna (MKN) gäller att mätresultatet ska vara likvärdigt med referensmetoden. Det som krävs är att specificerade tester ska genomföras för att visa att prestandakraven i standarderna SS-EN 12341:1998 "Air quality Determination of the PM10 fraction of suspended particulate matter Reference method and field test procedure to demonstrate reference equivalence of measurement methods" och SS-EN 14907:2005 "Utomhusluft Gravimetrisk standardmetod för att bestämma massfraktionen av PM2,5 av svävande partiklar" har uppnåtts. Hur dessa tester ska genomföras finns beskrivet i kapitel 9 av EU-dokumentet "Guidance for the Demonstration of Equivalence of Ambient Air Monitoring Methods", (senaste version från januari 2010). EU-kommissionen har beslutat att det är detta dokument som ska användas för att testa metoders likvärdighet med referensmetoderna enligt luftkvalitetsdirektivet 2008/50/EG. Bedömning: Referenslaboratoriets bedömning har skett utifrån den insända dokumentationen för användningsområdet kontinuerliga immissionsmätningar av PM 10 - och PM 2,5 -fraktionerna av svävande partiklar i tätortsluft och liknande tillämpningar avseende kontroll av MKN (Miljökvalitetsnormer enligt NFS 2010:8). Som underlag för sin ansökan om likvärdighet lämnade ExIS AB i mars 2008 ett tyskt certifikat för att Grimm #180 uppfyller kraven i EN 12341 (publicerat i Bundezanzieger 8 april 2006) av PM 10 -fraktionen av svävande stoft då en korrektionsfaktor används. Godkännandet byggde på mätningar utförda av LUBW i Karlsruhe, se under Bakgrund ovan. Vår bedömning är emellertid att godkännandet gjorts på ett felaktigt sätt. Man har blandat ihop hur likvärdighet med referensmetoden ska visas enligt standarden EN 12341 för PM 10 och hur den ska visas enligt "Guidance of Equivalence" och har därför inte fullt ut visat att kraven i guiden uppfylls. Mätningarna som utfördes vid denna undersökning omfattade endast PM 10 -fraktionen. ExIS AB ombads därför lämna in kompletterande material. En testrapport utförd i Österrike lämnades in i januari 2010. Testerna i denna rapport har gjorts enligt "Guidance of Equvalence" och resultaten visade att instrumentet uppfyller kraven (i Österrike) för både PM 10 och PM 2,5. Därmed gäller ansökan om godkännande numera för båda dessa partikelfraktioner. Resultatet av fältmätningarna i Österrike visade att kraven i EU-guiden för att en metod ska kunna bedömas vara likvärdig är uppfyllda då en kalibreringsfunktion används för omräkning av instrumentutslag till partikelmassa (µg/m 3 ). Visserligen har fältmätningarna inte skett i
Sid 4 (4) Sverige, men Referenslaboratoriet bedömer ändå att det är tillräckligt för att Grimm #180 ska kunna rekommenderas som likvärdig metod med referensmetoderna SS-EN 12341 och SS-EN 14907. Att instrumentet Grimm #180 bedöms ge likvärdiga resultat med referensmetoderna innebär inte att mätresultaten efter installation på mätplatsen utan vidare kan användas för att övervaka miljökvatitetsnormer (MKN). Det krävs att en kalibreringsfaktor används både för PM 2,5 och PM 10 och instrumentets kalibreringsfunktioner ska ha bestämts på mätplatsen genom jämförande mätningar med referensmetoderna. Att en verifiering av instrumentets funktion och prestanda kontrolleras på mätplatsen är inget unikt för Grimm #180 utan är något som alltid ska göras efter att ett nytt instrument installerats på en mätplats. Emellertid finns det ännu inte någon färdig standard som beskriver vad som ska uppfyllas vid automatiska partikelmätningar varför det är svårt att säga exakt vilka krav som kommer att ställas i en kommande standard, men en verifiering av instrumentets kalibreringsfunktion på mätplatsen kommer säkert att ingå. Hur omfattande kontrollmätningar som kommer att behövas för att verifiera kalibreringsfunktionen finns inget klart svar på för närvarande och inte heller vem som bör ansvara för kostnaderna för dessa mätningar (leverantör eller beställare). Men en verifiering av kalibreringsfunktionerna på mätplatsen ska ha utförts innan mätningar enligt MKN kan påbörjas och detta är något som måste beaktas vid planeringen av ett mätprogram.