Formaldehyd ist flüchtig, weit verbreitet und wird mit zahlreichen Gesundheitsproblemen in Verbindung gebracht. Als solches ist es ein bedeutender Schadstoff in der Innenraumluft - aber die genaue und einfache Messung von Formaldehydkonzentrationen hat sich aufgrund von Problemen mit der Kreuzsensitivität von Detektoren lange als schwierig erwiesen. In diesem Artikel befassen wir uns mit den Gefahren, die von Formaldehyd ausgehen, und zeigen, wie der Formaldehydsensor SFA30 ein neues Mass an Selektivität bei der Formaldehyddetektion bietet.
Formaldehyd 101
Formaldehyd ist den meisten als Konservierungsmittel der Biologieklasse oder als Balsamierungsmittel bekannt, aber in Wirklichkeit ist es eine der wichtigsten industriellen Grundchemikalien der Welt. Man schätzt, dass jedes Jahr weltweit etwa 18 Millionen Tonnen Formaldehyd hergestellt werden.1
Formaldehyd ist ein äußerst vielseitiger und wichtiger chemischer Grundstoff, der bei der Herstellung von Tausenden, wenn nicht Millionen von Industrie- und Konsumgütern verwendet wird. Die grösste Menge an Formaldehyd wird für die Herstellung von Harzen verwendet, die eine lange Liste von Anwendungen haben.
In erster Linie werden Formaldehydharze zur Herstellung von Spanplatten, Sperrholz und Möbeln verwendet. Sie werden auch bei der Herstellung von härtbaren Kunststoffen, Oberflächenbeschichtungen und Stickstoffdüngern mit kontrollierter Freisetzung verwendet und dienen als Hilfsmittel in der Textil-, Leder-, Gummi- und Zementindustrie. Formaldehyd ist für diese Anwendungen so einzigartig nützlich, dass es nur selten, wenn überhaupt, durch andere Verbindungen ersetzt werden kann.
Ein gefährlicher Schadstoff in der Luft
Die Besorgnis über Formaldehyd als gefährlichen Luftschadstoff begann in den 1960er Jahren, als die Bewohner von Fertighäusern anfingen, über gesundheitliche Beeinträchtigungen zu berichten, darunter Augen- und Atemwegsreizungen.2 Bald wurde festgestellt, dass Formaldehydemissionen aus mit Formaldehydharzen verklebten Spanplatten dafür verantwortlich waren.
Obwohl Formaldehyd natürlich im Körper vorkommt, kann die Belastung mit Formaldehyd in der Luft gefährlich sein. Konzentrationen von mehr als 0,1 ppm können zu Reizungen der Augen und der Atemwege führen, und eine chronische Belastung wird mit einer Reihe von Gesundheitsstörungen in Verbindung gebracht, darunter Asthma und Krebs.
Formaldehyd wird von der CDC als systemisches Gift eingestuft, während Sicherheits- und Arbeitsschutzbehörden weltweit zulässige Expositionswerte für Formaldehyd sowohl in beruflicher als auch in nichtberuflicher Umgebung festgelegt haben.3,4
Ein Teil des Problems besteht darin, dass Formaldehyd bei Raumtemperatur ein Gas ist. Das bedeutet, dass kleine Mengen von freiem Formaldehyd in Harzen dazu neigen, in die Umgebungsluft zu verdampfen, wo sie möglicherweise schädliche Konzentrationen erreichen können. Da Formaldehyd in Baumaterialien und Konsumgütern allgegenwärtig ist, ist dies in Innenräumen besonders problematisch, wobei Holzwerkstoffe, Bodenbeläge, Dämmstoffe und Beschichtungen eine besondere Gefahr darstellen.
Es gibt einige Strategien, um das Risiko einer gefährlichen Formaldehydbelastung zu mindern. Am besten ist es natürlich, die Quellen zu beseitigen, bevor sie ein Risiko darstellen: Einige Organisationen fördern zum Beispiel die Verwendung von emissionsarmen Materialien in Gebäuden.5
Natürlich ist die Beseitigung von Formaldehydquellen nicht immer praktikabel, wenn so viele gängige Materialien und Produkte diese Verbindung enthalten. Dort, wo bereits Quellen vorhanden sind, können einfache Belüftungsmaßnahmen die Formaldehydkonzentration (und andere Schadstoffe in der Luft) äusserst wirksam verringern: Dazu könnte die Installation von Belüftungssystemen in industriellen Umgebungen oder das Öffnen von Fenstern gehören. Wie bei jeder Gasgefahr kann jedoch nur der Einsatz von Geräten, die die Formaldehydkonzentration in der Luft aufspüren und quantifizieren können, für Sicherheit sorgen.
Messung von Formaldehyd
Die Weltgesundheitsorganisation empfiehlt einen Grenzwert von 0,08 ppm, um Reizungen der Sinnesorgane und andere Gesundheitsprobleme zu vermeiden.6 Die Entwicklung brauchbarer Sensoren, die in der Lage sind, Formaldehydkonzentrationen in diesem Bereich zu erkennen, ist jedoch nicht einfach.
Eine der grössten Herausforderungen für Formaldehyddetektoren ist die Selektivität: Sensoren, die auf den Nachweis von Formaldehyd ausgerichtet sind, reagieren in der Regel auch auf andere flüchtige organische Verbindungen, die in Innenräumen häufig in viel höheren Konzentrationen vorkommen.
Die Genauigkeit, mit der Formaldehyd nachgewiesen werden kann, leidet ausserhalb des Labors, was nicht zuletzt auf die große Vielfalt an VOCs in typischen Innenräumen zurückzuführen ist. Viele dieser in ppm-Konzentrationen vorhandenen flüchtigen organischen Verbindungen können Formaldehydsensoren dazu verleiten, höhere Formaldehydwerte zu registrieren, als tatsächlich in der Luft vorhanden sind.
Lange Zeit waren nur spektroskopische Geräte in der Lage, Formaldehyd in den relevanten Konzentrationen zuverlässig zu messen. Diese Geräte sind jedoch in der Regel komplex, teuer und schwer zu transportieren, was sie für die meisten Überwachungsanwendungen ungeeignet macht.
SFA30 Formaldehyd Sensor von Sensirion
Der SFA30 ist ein elektrochemischer Formaldehydsensor, der speziell entwickelt wurde, um den Bedarf an einer genauen, schnellen und einfachen Formaldehyddetektion in allen Umgebungen zu erfüllen.7 Der auf Formaldehydselektivität ausgelegte Sensor bietet eine extrem niedrige Kreuzsensitivität gegenüber anderen VOCs (weniger als <0,2 % für Ethanol).
Wichtig ist, dass der SFA30 ein einzigartiges Mass an Genauigkeit aufweist, wenn er anderen flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) ausgesetzt wird, die in den meisten Haushalten und Arbeitsumgebungen allgegenwärtig sind, wodurch falsch-positive Ergebnisse vermieden werden und die Lebensdauer des Sensors verlängert wird. Besonders hervorzuheben ist, dass der SFA30 eine geringe Kreuzsensitivität gegenüber Ethanol aufweist, was bei vergleichbaren Sensoren zu Ungenauigkeiten führt.
Der SFA30 wurde für den Einsatz in jeder Umgebung entwickelt und verfügt über einen integrierten Feuchtesensor und ein Thermometer, so dass ein speziell entwickelter Algorithmus die Auswirkungen von Feuchtigkeit und Temperatur auf das Sensorelement kompensieren kann. Der SFA30 verfügt über eine Anti-Dry-Technologie, um die Langlebigkeit des flüssigen Elektrolytes und eine dauerhafte Stabilität über eine Lebensdauer von sechs Jahren zu gewährleisten. Vielseitige Montageoptionen sowie wählbare digitale UART- und I2C-Schnittstellen bedeuten, dass der SFA30 problemlos in Geräte wie Luftreiniger, Klimaanlagen und Raumluftqualitätsmonitore integriert werden kann.
Sensirion ist führend in der Umweltsensorik. Wenn du mehr über die Möglichkeiten des SFA30 oder unsere anderen Sensoren (einschliesslich Feinstaub, VOC und CO2) erfahren möchtest, nehme noch heute Kontakt mit uns auf.
Referenzen und weiterführende Literatur
1. Franz, A. W. et al. Formaldehyde. in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry (ed. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA) 1–34 (Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2016). doi:10.1002/14356007.a11_619.pub2.
2. Salthammer, T., Mentese, S. & Marutzky, R. Formaldehyde in the Indoor Environment | Chemical Reviews. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cr800399g.
3. Formaldehyde | Medical Management Guidelines | Toxic Substance Portal | ATSDR. https://wwwn.cdc.gov/TSP/MMG/MMGDetails.aspx?mmgid=216&toxid=39.
4. Formaldehyde - Overview | Occupational Safety and Health Administration. https://www.osha.gov/formaldehyde.
5. US EPA, O. ANSI/ASHRAE/USGBC/IES Standard 189.1-2014: Standard for the Design of High-Performance Green Buildings Except Low-Rise Residential Buildings (ASHRAE 189.1). https://www.epa.gov/smartgrowth/ansiashraeusgbcies-standard-1891-2014-standard-design-high-performance-green-buildings (2014).
6. Kaden, D. A., Mandin, C., Nielsen, G. D. & Wolkoff, P. Formaldehyde. WHO Guidelines for Indoor Air Quality: Selected Pollutants (World Health Organization, 2010).
7. SFA30 Formaldehyde Sensor Module | Sensirion. https://www.sensirion.com/en/environmental-sensors/formaldehyde-sensor-sfa30/.
