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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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9
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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)
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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
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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
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7. Quellenangabe
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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.
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