Wie werden windverwehte Pollen und Sporen gefangen (Probenahme)?

Mit Hilfe einer Pumpe (s.u.: Probenahmegerät) werden im Dauerbetrieb (rund um die Uhr) pro Minute 10 Liter Luft durch den Ansaugschlitz bzw.-schacht eines international verwendeten Geräts (BURKARD Pollen- und Sporenfalle) gesaugt und auf einen klebrigen Folienstreifen gelenkt; dort schlagen sich Partikel im Größenbereich von ca. 1 bis 100 Mikrometer nieder. Da die Folie hinter dem Ansaugschlitz kontinuierlich vorbeiwandert (2mm pro Stunde), ist eine zeitliche Auflösung bei der mikroskopischen Auswertung möglich. Wann genau ein bestimmtes Pollenkorn auf die Fangfolie aufschlägt, lässt sich nicht auf die Minute genau bestimmen. Denn der (14 mm breite) Ansaugschacht ist 2 mm hoch: die möglichen Aufschlagpunkte auf der hinter dem Schacht befindlichen Fangfolie verteilen sich also - der Vorschubgeschwindigkeit der Fangfolie entsprechend - über eine Zeitstrecke bzw. ein Zeitfenster von 60 Minuten.

Parallel zur Bestimmung des Pollen- und Sporengehalts der Luft werden an den Messstellen Delmenhorst und Ganderkesee durch eine elektronische Wetterstation wichtige meteorologische Parameter wie Temperatur, relative Luftfeuchte, Luftdruck, Windwerte und Niederschlag gemessen. Für die anderen Messstellen werden Fremddaten genutzt.

Details zur Pollenfalle

Das Probenahmegerät - die "Pollenfalle"

7 day spore trap

Bild A

links:Werkstattbild einer BURKARD Pollen- und Sporenfalle

rechts: Schematischer Längsschnitt : Nicht dargestellt sind Windfahne, Regendach, Spannbügel und Saugpumpe; der angebaute Durchflussmesser ist optional.

1 Ansaugschlitz bzw. -schacht

2 Fangtrommel am Uhrwerk im Fallentopf

3 Uhrwerk am herausziehbaren Deckel des Fallentopfs

4 Durchflussmesser (nur bei älteren Modellen angebaut, ansonsten als mobiles Zubehör verfügbar)

Die im Schema (rechts) ist die Windfahne nicht eingezeichnet: sie sorgt für die unerlässliche Ausrichtung des Ansaugschachts in den Wind.

Maße des Ansaugschachts (seitlich am Fallentopf)

- Ansaugöffnung: 2 mm (Höhe) × 14 mm (Breite)

- Tiefe des Ansaugschachts: 19 mm bis 21 mm

Am abnehmbaren und mit einem Bügel arretierten Deckel ist die Funktionseinheit aus Uhrwerk (3) und Fangtrommel (2) befestigt.

Das Uhrwerk dreht die aufgesetzte Fangtrommel kontinierlich um 360 ° pro Woche

(Es gibt auch Uhrwerke mit einer Drehgeschwindigkeit von 360° pro Tag; damit kann man den Pollenkonzentrationsverlauf über den Tag hinweg genauer erfassen))

Die Fangtrommel (Probenahmetrommel, Bild B und Bild C): flacher Zylinder mit einem Durchmesser von 10,9 cm und demgemäß einem Umfang von 34,5 cm. Auf diese Trommel mit einer ausgefrästen Laufflächenbreite von ca. 20 mm wird eine 19 mm breite Folie aufgezogen. Diese Fangfolie ist mit einem Adhäsiv (z.B. Vaseline., im Mittelmeerraum: Silikon) beschichtet.

Die Funktionseinheit aus Fallentopfdeckel, Uhrwerk und Fangtrommel wird über eine Führungsschiene in den Sammeltopf eingeschoben. Trommeloberfläche (ohne Folie) hat dann einen Abstand vom Innenrand des Ansaugschlitzes von nur etwa 0,7 mm.

Eine Pumpe saugt die (pollen- und sporenhaltige) Luft über den Ansaugschlitz an.

Eine Windfahne dreht die Ansaugöffnung in den Wind .

Eine Regenschutzdach soll das Eindringen von Regenwasser in den Ansaugschlitz verhindern.

An Spannbügel dienst zur Arretierung des Deckels.

Mit einem in Bild A über dem Typenschild erkennbaren Blockierbolzen läss sich der im Betrieb windbewegte Fallentopf arretieren, um den Trommelwechsel ungestört durchführen zu können.

Ein Dreibein dient zur Befestigung des Sammelgeräts auf einem Messgeräteturm oder einer anderen Montagefläche.

Zubehör

· Trommelständer mit Rändelmutter zur Aufnahme der Fangtrommel für die Präparation vor und nach der Exposition

· Zweit- bzw. Ersatztrommel zum Austausch beim Trommelwechsel

· Präpariernadel o.ä. zum Markieren der Fangfolie durch den Ansaugschlitz hindurch (Trommel im Gerät)

· Mechanisches Ersatzuhrwerk und Schlüssel zum Aufziehen

· Durchflussmesser (Rotameter, engl. flow meter) zur Kontrolle des Ansaugvolumens (10 l/min)

Fangfolie und Adhäsiv

Damit sich auf der Fangfolie die gewünschten Partikel (Pollen und Sporen) niederschlagen können und haften bleiben, muss diese mit einem Adhäsiv (Haftmittel oder Haftmedium) beschichtet werden. Fangfolie und Adhäsiv müssen so beschaffen sein, dass eine mikroskopische Auswertung erfolgen kann, das heißt sie müssen homogen, transparent, wasser-, luftfeuchte- und hitzebeständig sein.

Die Fangfolie wird auf der Fangtrommel fixiert. Die Beprobungsdauer bestimmt die erforderliche Transportgeschwindigkeit der Folie: Bei einer kontinuierlichen Beprobung über beispielsweise sieben Tage ergeben sich 2 mm/h, was einer Gesamtfolienlänge von 336 mm entspricht.

Im nördlichen Europa einschließlich Deutschland wird vorwiegend Vaseline als Adhäsiv eingesetzt, in den Ländern Südeuropas Silikon(öl).

· Silikonöl ist temperaturstabil (-20°C bis 150°C), ändert also seine Viskosität in diesem Temperaturbereich nicht. Es wird in gelöster Form auf die Fangfolie aufgetragen, um eine gleichmäßige Beschichtung zu ermöglichen.

Wichtiger Hinweis
Die verwendeten Lösungsmittel sind toxisch. Dies erfordert das Arbeiten unter einem Abzug.

Mit Silikonöl gebrauchsfertig beschichtete MELINEX®folien[1] sind kostenintensiv. Aufgrund der im Vergleich zu Vaseline geringeren Adhäsivität des Silikonöls bleiben insbesondere größere Pollen mit größerer Wahrscheinlichkeit erst gar nicht haften oder werden bei der Einbettung leichter in Randbereiche verschwemmt.

· Vaseline (ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen) wird mit zunehmender Temperatur flüssig (Schmelzbereich 38°C bis 60°C). Ab Werten über 25°C wird die Auswertung u.U. durch Streifenbildung erschwert.

Die verwendeten Adhäsive sind unterschiedlich „klebrig“, was eine unterschiedliche Sammeleffizienz bedingt

Funktion

Der obere Teil des Probenahmegeräts („Fallentopf“ mit „Deckel“) ist drehbar gelagert und mit einer Windfahne ausgestattet. Die Fahne sorgt dafür, dass der Ansaugschlitz in den Wind dreht.

Wesentlich für die Abscheidung von Partikeln aus der Luft auf die Fangfolie im Fallentopf ist der durch eine Ansaugeinheit bewirkte Einstrom von Luft (10 l/min) durch den Ansaugschlitz und -schacht. Um eine zeitliche Auflösung der Probenahme zu ermöglichen, wird die Fangfolie durch Drehung der Trommel hinter dem Ansaugschlitz mit kontinuierlicher Geschwindigkeit (2 mm/h) vorbeibewegt.

Der geringe Abstand der Fangfolie vom Innenrand des Ansaugschachtes bedingt eine nahezu rechtwinkelige Ablenkung des Luftstroms. Dieser abrupten Änderung der Strömungsrichtung kann ein Teil der Pollen und Sporen nicht folgen (je größer die Partikel, umso weniger gut). Dies bedingt die Impaktion der Partikel auf der mit einem Adhäsiv beschichteten Folie.

Anforderung an die Probenahme

Stationäre Probenahmegeräte unterliegen einer grundsätzlichen Einschränkung: Sie beproben die Luft jeweils an einem bestimmten Punkt. Die durch mikroskopische Auswertung der Luftstaubproben ermittelten Messwerte (Konzentrationsangaben) beschreiben damit primär eine punktuelle Belastung mit allergenen Partikeln. Sie dürfen daher streng genommen nicht auf die Umgebung des Probenahmegeräts mit ihrer in der Regel ungleichen Verteilung von Allergenquellen übertragen werden. Eine räumliche Repräsentanz des Probenahmegeräts im Sinne einer Mengen-Repräsentanz ist damit prinzipiell nicht gegeben.

Wird ein möglichst großer Abstand zu den nächstgelegenen Pollenquellen eingehalten, so beschreiben die Messwerte eher die im jeweiligen Zeitraum untere Grenze der Konzentration im Einsatzbereich des Probenahmegeräts. Dieser Einsatzbereich (= „Repräsentanzbereich“) lässt sich über Klimadaten oder phänologisch über Blühphasendaten eingrenzen oder zumindest abschätzen.

Je geringer die Schwankungen in der Höhenlage und je gleichförmiger die Art der Landnutzung (Bebauung, Landwirtschaft, Wald) im Umkreis des Probenahmegeräts ist, umso größer ist der „phänologische“ Repräsentanzbereich.

Der Probenahmestandort muss durch geographische Koordinaten (geographische Breite und geographische Länge) und durch Höhenangaben (Höhe über dem mittleren Meeresspiegel = Mean Sea Level, Höhe über Grund = Above Ground Level (AGL) und Höhe über Montagefläche, z.B. Flachdach) beschreiben werden.

Anzugeben ist auch die Höhe vom Straßenniveau bzw. Montageniveau bis zum Ansaugschacht des Probenahmegeräts.

Für die Erfassung von Pollen und Sporen in bebauter Umgebung bietet sich die Montage des Sammelgeräts auf Flachdächern an. Mit zunehmender Höhe über Grund (AGL) verringert sich der Einfluss nahe gelegener bodennaher Quellen (Gräser und andere Kräuter). Da es an Dachkanten im Bereich sonnenbeschienener Fassaden zu Turbulenzen kommen kann, ist ein Mindestabstand des Probenahmegeräts zur Dachkante von > 2 m einzuhalten.

Es gibt aber auch Fragestellungen, die eine bodennahe Aufstellung des Probenahmegeräts erforderlich machen können.

Das Probenahmegerät muss von allen Seiten frei anströmbar sein. Zu feststehenden Hindernissen ist ein seitlicher Abstand von mindestens 1 m, zu Bewuchs von etwa der halben Bewuchshöhe einzuhalten [VDI 2119]. Empfohlen wird ein Abstand zu Gebäuden, Gebäudeteilen und Bäumen von 2 × Höhe des Objekts (die Höhe des abschirmenden Objekts ergibt sich aus der Differenz Höhe Objekt und Höhe Ansaugöffnung). Außerdem sollte das Probenahmegerät keinen Emissionen unmittelbar benachbarter oder vorübergehender Quellen ausgesetzt sein, die die gewünschte Repräsentanz der Messung stören können (VDI 4280 Blatt 1). Detailliertere Informationen zur Standortwahl können der VDI 4280 Blatt 1 entnommen werden.

Die Standortgegebenheiten und deren Änderungen im Laufe der Jahre müssen dokumentiert werden. Dazu eignen sich fotographische Aufnahmen, Luftbildaufnahmen und Kartierungen der Vegetation im Umkreis des Probenahmegeräts.

Da das Wetter (z.B. Windgeschwindigkeit und -richtung, Temperatur, Niederschlag) einen unbestreitbaren Einfluss auf den Pollen- und Sporenflug hat, ist es hilfreich, auf ortsnahe meteorologische Messwerte zurückgreifen zu können.

Aufgrund kleinräumlicher Gegebenheiten (z.B. Vegetation, Verkehrsdichte, Bebauung) kann sich die Pollenanzahl an verschiedenen Messorten deutlich unterscheiden. Es ist daher empfehlenswert, für die Raumrepräsentanz den Pollenflug an mehreren Stellen zu erfassen.

Details für das Messstellenpersonal:

Trommelpräparation

Trommelwechsel

Stand: 17.02.2022