Transcript Probenahme von festen Abfällen nach LAGA PN 98

Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Herzlich Willkommen
zum Vortrag
„Unsicherheit bei der
Feststoffprobenahme “
im Rahmen des Altlastenseminars
des HLUG
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Ihr Referent:
Dr. rer. nat. Thorsten Spirgath
- Fachbegutachter für Probenahmeverfahren für die DAkkS
(Deutsche Akkreditierungsstelle)
- Systembegutachter der DAkkS
- DGQ/EOQ-Auditor
- Mitarbeit in DIN-Normungsausschüssen
- Mitarbeit in Fachausschüssen des ITVA e.V.
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Grundlagen, Anforderungen
Fehlerquellen
Bestimmung der Unsicherheit
Qualitätssicherung
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Grundlagen, Anforderungen
Einflussfaktoren auf die Gesamtunsicherheit der Probennahme.
4
© SpiCon GmbH
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Grundlagen, Anforderungen
Aufschlüsselung des gesamten Probenahmefehlers (verändert nach Gy, 1992).
5
© SpiCon GmbH
Grundlagen, Anforderungen
-
Notwendige Qualitätssicherungsmaßnahmen
Einfluss auf
Fehler
-
1
Festlegung der Zielstellung
IE, ME, SE
2
Berücksichtigung von Verdachtsmomenten
und Historie
IE, ME, SE
3
Korrekter Probennahmeort / -umgebung
IE
4
Korrekter Probennahmezeitpunkt
ME
5
Verteilungsmuster des Analyten
IE
6
Verhältnis Matrix – Analyt
IE
7
Berücksichtigung von Probenvorbehandlung
und notwendiger Probenkonservierung
ME
8
Probenreduzierung bis zur Analytik
ME
9
Bestimmung des Aufschlussverfahrens
IE
10
Entnahmeverfahren festlegen
IE
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Kriterium Teilprozesse
Kriterien, Teilprozesse und Einfluss
auf die Größe des Fehlers innerhalb
der Gesamtunsicherheit nach Gy
6
© SpiCon GmbH
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Grundlagen, Anforderungen
Fehlerquellen
Bestimmung der Unsicherheit
Qualitätssicherung
Fehlerquellen
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Je größer die vorhandene Heterogenität, desto größer der
Integrationsfehler.
Der Gesamtfehler der Probenahme nimmt expotentiell mit der
Probenmasse ab, daher ist die Ermittlung der repräsentativen
Probenmasse der entscheidende Faktor für ein
repräsentatives Ergebnis.
Bei organischen Untersuchungen kommt dem Verteilungsmuster des Analyten und dem Verhältnis der Matrix zum
Analyten besondere Bedeutung zu.
8
© SpiCon GmbH
Fehlerquellen
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Die Unsicherheit einer Probenahme steigt mit zunehmender
Heterogenität. Dieser mögliche Fehler kann kompensiert
werden, indem die Probenmenge entsprechend erhöht wird.
Die Unsicherheit einer Probenahme wird von den vorliegenden
Bindungseigenschaften der zu untersuchenden Substanz
maßgeblich beeinträchtigt. Dieser mögliche Fehler kann durch
eine Anpassung der Probenmenge verringert werden.
9
© SpiCon GmbH
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Fehlerquellen
Darstellung von oberflächenproportionaler Kontamination (a)
volumenproportionaler Kontamination (b) nach Bunge (1999)
10
© SpiCon GmbH
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Fehlerquellen
Typische Probenahmemassen für die 3 Typen der Schadstoffverteilung
(nach Neeße (1997).
11
© SpiCon GmbH
Fehlerquellen
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Parameter
12
Auswertung von 110 Gutachten der
OFD-H aus den Jahren 1995 - 2005
Anteil der Parameter
Erfassung
Anteil der
Erfassung
Kontaminationshypothese
96 %
Probennahmeplan
97 %
Historische Daten zur
Untersuchungsfläche
90 %
Beprobungstiefe
95%
Lage der Untersuchungsfläche
100 %
Probenbezeichnung
99%
Lage der Probennahmepunkte
100%
Entnahmeverfahren
87%
Bodenart
99 %
Material des
Probennahmegerät
25 %
Aufschlussverfahren
96 %
Probengefäße
89 %
Sondendurchmesser[mm]
85 %
Probenkonservierung
52 %
Probennehmer
55%
Siebung < 2mm
21 %
Probennahmeintervalle
95 %
Meteorologische Daten der
Gegend
52 %
Einzelprobe
100 %
Meteorologische Daten am
Tag der Probennahme
9,8 %
Mischprobe
100 %
© SpiCon GmbH
Ergebnisse des erfassten Anteils
der betrachteten Punkte zur
Probenahmestrategie
Fehlerquellen
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Parameter
Auswertung von 110 Gutachten der
OFD-H aus den Jahren 1995 - 2005
Anteil der
Erfassung
Parameter
Anteil der
Erfassung
Name des Probennehmers
54 %
Ausgefülltes
Schichtenverzeichnis
83 %
Vorhandenes Deckblatt
26 %
Bodenansprache nach KA 4
1%
Probenbezeichnung
99 %
Lageskizze Maßstab
82 %
Angaben zur
Probenkonservierung
46 %
Material der Probengefäße
85 %
Fremdbestandteile differenziert
44 %
Vorhandenes Bohrprofil
89 %
Organoleptische Auffälligkeiten
26 %
Gewähltes
Entnahmeverfahren
84 %
Ergebnisse des erfassten Anteils der betrachteten Punkte zum Probenehmer
13
© SpiCon GmbH
Fehlerquellen
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Parameter
Auswertung von 110 Gutachten der
OFD-H aus den Jahren 1995 - 2005
Anteil der
Erfassung
Parameter
Anteil der
Erfassung
Entnahmeverfahren
84 %
Aufschlussverfahren
93 %
Probennahmeintervalle
92 %
Einzelprobe/Mischprobe
99 %
Bodenart
99 %
Siebung < 2mm
21 %
Sondendurchmesser
81 %
Ergebnisse des erfassten Anteils der betrachtete Punkte zur Probenmenge.
14
© SpiCon GmbH
Fehlerquellen
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Die Probenahmestrategie wird in der Praxis oft nicht ausreichend
begründet und dokumentiert und somit ist die Nachvollziehbarkeit
nicht gegeben.
Eine nachträgliche Angabe der Unsicherheit der Probenahme ist
daher in der Praxis meist nicht möglich. Umso wichtiger ist die
gründliche und nachvollziehbare Planung, bei welcher die
Unsicherheit der Probenahme als Bestandteil berücksichtigt wird.
15
© SpiCon GmbH
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Grundlagen, Anforderungen
Fehlerquellen
Bestimmung der Unsicherheit
Qualitätssicherung
Bestimmung der Unsicherheit
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Die Bestimmung der Unsicherheiten von Messungen in der
analytischen Chemie erfolgt häufig über die Bestimmung der
Standardunsicherheiten aller Einflussfaktoren, deren Varianzen addiert
werden.
Die Einzelunsicherheiten können dabei durch (Wiederhol-)Messungen
oder theoretische Betrachtungen ermittelt werden (Bottom-upMethode).
Sofern nicht alle Einflussfaktoren bekannt sind, kann die Unsicherheit
über Vergleichsuntersuchungen abgeschätzt werden (Top-downMethode).
Da bei der Probenahme normalerweise für entscheidende
Einflussfaktoren keine Standardunsicherheiten rechnerisch ermittelt
werden können (z.B. durch Einsatz von Referenzmaterialien,
Standards, Kontrollkarten oder Vergleichsuntersuchung), ist nur die
Anwendung der Top-down-Methode möglich.
17
© SpiCon GmbH
Bestimmung der Unsicherheit
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
ITVA-Vergleichsprobenahme 2003
Kunststoffrohre mit eingebautem Bodenprofil (Baermann et.al., 2005)
18
© SpiCon GmbH
Bestimmung der Unsicherheit
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
ITVA-Vergleichsprobenahme 2003
19
Grafische Darstellung der aufgenommenen Bodenprofile der
Teilnehmer, modifiziert nach Baermann et.al. (2005)
© SpiCon GmbH
Bestimmung der Unsicherheit
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
ITVA-Vergleichsprobenahme 2003
Dokumentierte Bodeneigenschaften
Teilnehmer
1
2
4
5
6
7
8
DIN







Konsistenz







Farbe















Kalkgehalt
Geruch




Lagerung
KA4

Humus

20
Feuchte
Horizont
© SpiCon GmbH



Skelett
Umfang der Dokumentation der
ITVA-Versuchsteilnehmer




Bestimmung der Unsicherheit
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009
21
Die vorbereitet Säulen hatten folgenden Aufbau:
bis 0,3 m Auelehm (natürlich anstehend)
bis 0,6 m Stabilisat von Aschen aus Biomasseheizanlage (vom JVT)
bis 1,5 m natürlicher Sand (Bruckbach oder Hirschau)
bis 1,6 m Mergel (Bruckbach)
© SpiCon GmbH
Bestimmung der Unsicherheit
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009:
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Die Graphik zeigt die Fehler in Metern bei der
Schichtgrenzenbestimmung als Säulendiagramm.
22
© SpiCon GmbH
Bestimmung der Unsicherheit
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009
Max.
Bohrtechnik
Stauchung in
cm
26
Elektrohammer niedrige Schlagzahl
29
Elektrohammer
31
Hydraulikhammer
32
Elektrohammer klein
43
Rammsondiergerät 50 kg Gewicht
Summe Fehler
in m
23
Bohrtechnik
0,10
Hydraulikhammer
0,17
Elektrohammer klein
0,21
Elektrohammer
0,29
Elektrohammer niedrige Schlagzahl
0,34
Rammsondiergerät 50 kg Gewicht
© SpiCon GmbH
Bestimmung der Unsicherheit
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009:
Anzahl der Nichtkonformitäten der Teilnehmer
24
© SpiCon GmbH
Bestimmung der Unsicherheit
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009
Im Einzelnen handelte es sich nur um 6 Teams, die die
Bodenarten nach KA 5 ansprachen (23,1 %). Dagegen
arbeiteten 18 Teams nach der baugrundorientierten DINBodenansprache (69,23%). Von 8 Teams wurde die Farbtafel
nicht eingesetzt (30,77 %). 9 Teams haben den
Grobbodenanteil nicht und drei Teams nicht eindeutig
beschrieben (46,2%). Es traten bei allen Bohrungen
Stauchungen auf, die von 15 Teams im Schichtenverzeichnis
vermerkt wurden (57,75%). Vereinzelt wurden Schichten
getrennt und Nachfall als Schicht oder Bänderung
angesprochen. Es wurde in vier Fällen nicht Dokumentenecht
gearbeitet (15,4%).
25
© SpiCon GmbH
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Grundlagen, Anforderungen
Fehlerquellen
Bestimmung der Unsicherheit
Qualitätssicherung
Qualitätssicherung
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Der grundlegende Unterschied zur Bestimmung der
Messunsicherheit im analytischen Bereich liegt darin, dass für
entscheidende Einflussfaktoren keine Standardunsicherheiten
rechnerisch ermittelt werden können (z.B. durch Einsatz von
Referenzmaterialien, Standards, Kontrollkarten oder
Vergleichsuntersuchung)
27
© SpiCon GmbH
Qualitätssicherung
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Generell lassen sich zu den Betrachtungen zur
Gesamtunsicherheit der Probenahme zwei
grundsätzliche Aussagen festhalten:
 Je größer die Probenmasse, desto kleiner der fundamentale Fehler
und
 Je größer die Homogenität, desto kleiner der Gruppierungs- und
Segregationsfehler.
28
© SpiCon GmbH
Qualitätssicherung
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Nachträgliche Angaben zur Gesamtunsicherheit der Probenahme
sind aufgrund unvollständiger oder ungenauer Dokumentation
nicht möglich.
Wesentliche Einflussfaktoren werden nur unzureichend in den
Gutachten/Protokollen dokumentiert. Umso wichtiger ist die
gründliche und nachvollziehbare Planung, bei welcher die
Unsicherheit der Probenahme als Bestandteil berücksichtigt wird.
Die Berücksichtigung bzw. Dokumentation der Berücksichtigung
der erforderlichen Kriterien ist nicht immer ausreichend und es
bedarf eines exakt zu dokumentierenden Datentransfers.
29
© SpiCon GmbH
Qualitätssicherung
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Die Unsicherheit einer Probenahme steigt mit zunehmender
Heterogenität. Dieser mögliche Fehler kann kompensiert
werden, indem die Probenmenge entsprechend erhöht wird.
Die Unsicherheit einer Probenahme wird von den vorliegenden
Bindungseigenschaften der zu untersuchenden Substanz
maßgeblich beeinträchtigt. Dieser mögliche Fehler kann durch
eine Anpassung der Probenmenge verringert werden.
30
© SpiCon GmbH
Qualitätssicherung
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Einfache und effiziente Möglichkeiten zur Verringerung der
Unsicherheit der Probenahme:
 Dokumentation der Kriterien, die zur Festlegung der
Probenahmestrategie verwendet werden
 ausführliche Probenahmeprotokolle
 Referenzproben
 Einsatz von Vergleichsprobenahmen
 übergeordnete Normen
31
© SpiCon GmbH
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Qualitätssicherung
Abhängigkeit von analytischem Fehler und Kostenfaktor (Ramsey 2005)
32
© SpiCon GmbH
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Qualitätssicherung
Im Normalfall ist der tolerierbare Fehler
ein Kompromiss aus der notwendigen
Aussagesicherheit und den
wirtschaftlichen Bedingungen (Kosten).
33
© SpiCon GmbH
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit

34
Kontakt:
Dr. Thorsten Spirgath
SpiCon GmbH
Magnusstraße 11
12489 Berlin
T.: 030 / 63 92 40 83
F.: 030 / 63 92 40 84
Mail: [email protected]
© SpiCon GmbH