Filterwirkung bei Verschiedenen Zigaretten
Transcrição
Filterwirkung bei Verschiedenen Zigaretten
Filterwirkung bei Verschiedenen Zigaretten Hannah Frese Julian Dengl Mathias Claus Anna Engeli Betreuer M. Bührer Kantonsschule Kreuzlingen Naturwissenschaftliche Woche der Kantonsschule Kreuzlingen Kreuzlingen, 20.8.-24.8.2004 1 Filterwirkung bei verschiedenen Zigaretten Hannah Frese Julian Dengl Mathias Claus Anna Engeli Betreuer M. Bührer Kantonsschule Kreuzlingen Zusammenfassung Im Rahmen der Naturwissenschaftlichen Woche an der Kantonsschule Kreuzlingen fand eine Versuchsreihe statt, welche sich mit der Analyse von des Rauches verschiedener Zigarettenmarken auseinandersetzt. Anhand von drei Versuchen wurden folgende Ergebnisse und schliesslich die Kernaussage dieser Arbeit erzielt. Im ersten Versuch wurde eine Zigarette mit, respektive ohne einen Filter in einer Testapperatur verbrannt. In ihrem Inneren sammelten sich die zu untersuchenden Stoffe, welche dann in einem Rundfilter aufgefangen wurden. So liess sich die Filtriereffizienz berechnen. Ein weiterer Versuch lieferte durschaubare Ergebnisse, welche in Tabellen klar aufzeigen, welche Stoffe gut gefiltert werden. Ergebnisse sind die Rauchanalysen, in welchen der Rauch sich in seinen Bestandteilen präsentiert. Summary In the science weeks of the Kantonsschule Kreuzlingen these test series concerning the analysis of smoke of cigarettes of different brands took place. On the basis of three experiments the following results and finally the core-state of this project were obtained. In the first experiment, the cigarette was burned in the test equiptment with and without filter. In the inside the materials which were to be examined were collected and then caught in a round paper filter. Like this the efficiency of the filter could be determined. A second experiment showed evident results which clearly pointed out the well filterd materials in form of tables. Results are the analysis of smoke where the cigarette-smoke presents itself in its different components. 2 1. Einleitung In der Schweiz rauchen ca. 34% der Bevölkerung regelmässig. Zählt man die Gelegenheitsraucher dazu, so sind es schätzungsweise 50%1. Rauchern und Raucherinnen wird immer wieder durch die Hersteller verschiedener Zigarettenmarken nahe gelegt, dass Zigaretten, welche spezielle Filter besitzen oder mit „light“ gekennzeichnet sind, weniger Stoffe in die Lunge gelangen lassen. Auch öffentliche Institutionen greifen in die Rauchgewohnheiten ein. Zum Beispiel ist es in den neuen Zügen der SBB ganz verboten worden zu rauchen. In den USA ist Rauchen auf öffentlichen Plätzen und Gebäuden schon seit mehreren Jahren nicht mehr gestattet und die Einschränkungen haben noch kein Ende gefunden. Weil sich viele RaucherInnen im Unklaren darüber sind, ob es tatsächlich Unterschiede zwischen „normalen“ und „schwachen“, Zigaretten mit und ohne Filter gibt, und ob ein Filter wirklich manche Stoffe zurückhalten kann, ist es nun Zeit dies nachzuweisen. Es soll untersucht werden, wie effektiv Filter von verschieden starken Zigaretten sind und welche Stoffe am besten zurückgehalten werden. Frage: Was bewirkt der Filter in verschiedenen Zigaretten? Hypothese1: Zwischen Zigaretten mit respektive ohne Filter sind grosse Unterschiede festzustellen. Hypothese2: Starke Zigaretten sind nicht stärker als Schwache Diese Arbeit ist ein Teil der Naturwissenschaftlichen Woche '04 der Kantonsschlule Kreuzlingen. Damit befasst hat sich die Forschungsgruppe „Bührer/Aschebäscher“ 1 www.sozialinfo.ch 3 2. Material und Methoden 2.1Versuch 1 -Filtereffizienz Testobjekte: Zigaretten verschieder Marken Methode: Die Rundfilter werden zuerst präzise gewogen. Daraufhin werden Zigaretten mit respektive ohne Filter durch einen Sog abgebrannt, wobei der Rauch durch einen Rundfilter, der in die Apperatur eingebaut ist, gefiltert wird. Danach werden die Filter nochmals gewogen und die Differenz zwischen den beiden Messwerten berechnet. Daneben können die Filter auch optisch bewertet werden. 4 2.2.Versuch 2- Papierchromatographie Testobjekte: -Extrahierte Stoffe der Filter verschiedener Zigarettenmarken -Chromatographiepapier Methode: Mit hilfe von Extraktionsmittel, einem Reagenzglas mit Deckel und einer Metallkugel werden die Stoffe welche im Filter angesammelt sind extrahiert (durch schütteln). Anschliessend wird die Flüssigkeit mit den gelösten Stoffen auf das Chromatographiepapier aufgetragen. Das Papier wird zu ca. 0.5 cm ins Lösungsmittel gehängt. So saugt es das Lösungsmittel auf und die Stoffe trennen sich auf dem Chromatographiepapier. 5 2.3.Versuch 3 -Rauchanalyse Testobjekte: - Kondensat (am Gläschen) – Natriumhydroxid (bindet CO, CO2 und H2O) – - Watte (filtert Schwebstoffe) Methode: Als erstes werden die Gläschen, in denen sich Natriumhydroxid, Watte oder später Kondensat befinden präzise gewogen. Daraufhin wird eine Zigarette auf die Apparatur gesteckt und angezündet. Durch den Sog der Wasserstrahlpumpe brennt die Zigarette gleichmässig ab. Der Rauch durchdringt dabei verschiedene Instanzen der Stoffanalyse. Zuerst wird der Rauch im Eiswasser abgekühlt, wobei Stoffe am Gläschen kondensieren und somit zurückbleiben. Als zweite Instanz wird der Rauch durch die Watte gefiltert, wo die Schwebstoffe zurückgehalten werden. Zuletzt wird der Rauch an Natriumhydroxid vorbeigesogen, wobei sich CO, CO2 und H2O mit dem Natriumhydroxid binden und somit zurückbleiben. Nach dem abbrennen der Zigarette werden die einzelnen Gläschen mit Inhalt wieder gewogen und die Differenz berechnet, wobei sich die einzelnen Stoffe im Zigarettenrauch bestimmen lassen. 6 3. Resultate 3.1 Tabellen Tabelle 1.12 „schwach“ Teer Nikotin „normal“ Teer Nikotin Parisienne Extra 4mg 0.4mg Barclay 4mg 0.4mg Marlboro Lights 6mg 0.5mg Disque Bleu 6mg 0.5mg Winston Lights 6mg 0.5mg Marlboro Rot 6mg 0.9mg Tabelle 1.23 Marke Faktor (Effiziez des Filters) Marlboro Lights 10.2 Disque Bleu 8.3 Marlboro Rot 7.6 Winston Lights 6.2 Barclay 3.3 Parisienne Extra 2.9 Tabelle 3.14 Marlboro rot Mit Filter Ohne Filter Faktor(Filterwirkung) Kondensate 0.0036g 0.0113g 3.1 Schwebstoffe 0.0217g 0.0237g 1.09 CO, CO2, H2O 0.0047g 0.0189g 4 2 Teer- und Nikotinwerte von Zigarettepackungen 3 Faktor, um welchen sich Schadstoffe beim entfernen des Filters vervielfachen 4 Kondensat/Teer, Schwebstoff sowie CO, CO2 und H2O Messwerte bei Marlboro Rot 7 Tabelle 3.25 Marlboro Lights Mit Filter Ohne Filter Faktor(Filterwirkung) Kondensate 0.0009g 0.0177g 19.6 Schwebstoffe 0.0150g 0.0158g 1.05 CO, CO2, H2O 0.0050g 0.0133g 2.7 3.2 Anschauungsmaterial 5 Kondensat/Teer, Schwebstoff sowie CO, CO2 und H2O Messwerte bei Marlboro Lights 8 9 10 4. Diskussion Versuch 1 4.1.Zigaretten im Vergleich Die Versuche wurden mit folgenden Zigaretten durchgeführt: Marlboro Lights, Marlboro Rot, Barclay, Disque Bleu, Parisienne Extra und Winston Lights Bereits bei den Angaben auf den Zigarettenpäckchen ist aufgefallen, dass die Definition von „light“ von Hersteller zu Hersteller verschieden ist. Die als „mild“ oder „light“ bezeichneten Marlboro Lights, Parisienne Extra und Winston Lights weisen teilweise einen ähnlichen Wert von Nikotin und Teer auf wie Marlboro Rot, Disque Bleu und Barclay, diejenigen, welche „normal“ sind. (Vergleich Tabelle 1.1) Wenn man nun die Ergebnisse des ersten Durchgangs des ersten Versuchs betrachtet, sind ebenfalls keine klaren Strukturen zwischen „schwachen“ und „normalen“ Zigaretten zu erkennen. Beispielsweise kommen bei Marlboro Rot sogar weniger Stoffe in die Lunge als bei Marlboro Lights. Bei Parisienne Extra sogar erheblich mehr als z.B. bei Disque Bleu. (Vergleich Anschauungsmaterial a-f und Tabelle 1.2) Würde man diese Zigaretten nun nach diesen Messwerten erneut in „schwach“ und „normal“ unterteilen, käme man zu folgendem Schluss: „schwach“: Marlboro Lights, Marlboro Rot, Disque Bleue „normal“: Winston Lights, Barclay, Parisienne Extra 4.2.Filtereffizienz Zigarettenhersteller werben immer wieder für ihre Filter, welche wirkungsvoll und effizient sein sollen. Bei „light“ Zigaretten sind oftmals kleine Löcher im Filter angebracht. Dadurch wird beim Inhalieren zusätzliche Luft eingeatmet und der Rauch verdünnt. Andere Marken z.B. Barclay beinhalten einen Filter welcher mit Kohlestücken versehen ist. Diese sollen ebenfalls die Effizienz des Filters steigern. Bei dem ersten Durchgang der Versuche wurde darauf geachtet, eine möglichst wahrheitsgetreue Nachahmung des Rauchens zu erzielen, d.h.: Die Zugstärke wurde so eingestellt, wie ein durchschnittlicher Raucher an einer Zigarette zieht und die Luftlöcher wurden bewusst nicht zugedeckt. (Vergleiche Anschauungsmaterial a-f) 11 Bei Parisienne Extra und Barclay hält der Filter lediglich 3 Mal so viele Stoffe zurück, als wenn man keinen Filter benutzt. Dies zeigt, dass der in Barclay enthaltene Kohlefilter nicht allzu effizient ist, oder aber, der Filter wäre noch schlechter, hätte er keine Kohlestücke darin. Bei Marlboro, „Rot“ sowie „light“, sind die Filter von grosser Bedeutung. (Vergleiche Anschauungsmaterial a,b, oder Tabelle 1.1) Die Erklärung für das Nichtvorhandensein der Unterschiede zwischen „schwachen“ und „normalen“ Zigaretten ist folgender: Die Werte, welche auf den Packungen stehen, werden von einer Rauchmaschine erfasst. Diese raucht jedoch nicht so, wie ein normaler Raucher, sondern nimmt für eine Zigarette nur 8-9 Züge. So können diese Resultate nicht zwingendermassen mit den echten Werten verglichen werden6. 5. Diskussion Versuch 2 Im 2. Versuch wurde getestet, ob anhand einer Papierchromatographie, der im Filter enthaltenen Stoffe, Resultate zu erzielen sind. Was dabei nicht beachtet wurde war, dass Nikotin sowie andere Stoffe durchsichtig und hiermit nicht ersichtlich sind. Es gibt jedoch einige Stoffe welche sehr gut, gut bis fast- oder gar nicht löslich sind. (Vergleiche Anschauungsmaterial g) Im Allgemeinen erzielten wir mit diesem Versuch jedoch keinen Resultate und somit ist er nicht relevant für unsere Forschungsarbeit. 6 Aus Text, muh, 1998 12 6. Diskussion Versuch 3 6.1.Filtrieranalyse In einem dritten Versuch wurden, wie zuvor schon im Versuch 1, Zigaretten mittels Sog einer Wasserstrahlpumpe verbrannt. Anders als im ersten Versuch gab es hier drei Messungen, welche ausschlaggebend sind. (Vergleich Tabelle 3.2) 1. Kondensat 2. Schwebestoffe 3. CO, CO2 und Wasser Unterschiede ergaben sich bei Messungen, gleicher Zigaretten, mit resp. ohne Filter. So ergaben sich interessante Resultate, welche Unterschiede in der Filtrierung aufzeigten. Der Filter filtert vor allem die Kondensate und den Teer ( Bis zu einem Faktor von 20). Bei CO, CO2 und Wasser ist der Faktor wesentlich niedriger ( bis zu 4). Die Schwebestoffe sind nahezu unbeeinflusst vom Zigarettenfilter. (Vergleich Tabelle 3.1 und 3.2) Gleiche Marke, unterschiedliche Stärke( Marlboro Rot, lights). Die Resultate zeigen, dass die Differenzen bei Light mit / ohne Filter wesentlich grösser sind. Woran liegt das? Nach Angaben müsste der Tabak bei „schwachen“ Zigaretten hochwertiger sein, als bei Starken7. Die Unterschiede lägen nicht am Tabak, sondern am Filter. Zigaretten mit der Aufschrift „Light“/ „mild“ hätten lediglich mehr Löcher im Filter (mit Laser eingebrannt). Diese Aussage bestätigt das Ergebnis des zweiten Versuchs. 7 Mündliche Mittteilung von Herrn P. Weber 13 7. Quellenangabe – – – – Mündliche Mitteilung von Herrn M. Bührer Mündliche Mitteilung von Herrn P. Weber Teer- und Nikotinwerte von Zigarettenpackungen www.sozialinfo.ch 8. Danksagung Wir bedanken uns herzlich bei unserem Betreuer Max Bührer, der uns durch die gesamte Forschungsarbeit hilfreich zur Seite gestanden ist. Auch Herrn Ming wollen wir von Herzen für die gelungenen Aufmunterungsversuche danken. Des weiteren gilt unser Dank dem gesamten Lehrer- sowie Schülerteam der KSK, welche an der Naturwissenschaftlichen Woche '04 ihre Ideen erfolgreich in unser Konzept eingebracht haben. 14