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Lukas Florian Pitten

• Zigarettenrauch enthält bis zu 5000 Inhaltsstoffe, von denen mindestens 250 gesundheits-schädlich und 98 krebserregend sind. Der freigesetzte Feinstaub erreicht hohe Konzentrati-onen in Innenräumen und ist somit besonders schädlich für Passivraucher (z.B. Kinder). Ziel war es eine Messplattform zu etablieren, mit dessen Hilfe die Feinstaubexposition durch Zigarettenrauch im Fahrzeuginnenraum unter unterschiedlichen ventilatorischen Szenarien untersucht werden konnte. Zudem sollte der Einfluss verschiedener Tabakprodukte auf die Feinstaubkonzentration getestet werden. Im ersten Teil dieser Dissertation wird die neuartige TAPaC Messplattform (tobacco-associated particulate matter emissions inside a car cabin: establishment of a new measuring platform) vorgestellt. Sie erlaubt die Auswirkungen verschiedener ventilatorischer Sze-narien auf die Feinstaubemission von Zigarettenrauch im Auto besser beurteilen zu können. Da niemand gesundheitsschädlichem Tabakrauch ausgesetzt wird, kann sie ohne jegliche ethische Bedenken eingesetzt werden. Die Zigaretten werden hierbei einzeln auf der Beifahrerseite verraucht. Der beim Rauchen freigesetzte Feinstaub wird auf der Fahrerseite gemessen und in PM10 (Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser <10 µm), PM2,5 (Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser <2,5 µm), und PM1 (Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser <1 µm) unterteilt. Hierbei konnten unter der Verwendung von 3R4F Research Cigarettes extrem hohe Feinstaubmesswerte bei geschlossenen Fenstern und ausgeschalteter Lüftung nachgewiesen werden (PM10: 1608 µg/m3, PM2,5: 1583 µg/m3, PM1: 1133 µg/m3). Diese Daten stellen Durchschnittwerte nach 10-minütiger Messung dar. Auch konnte eine Reduktion der Feinstaubkonzentration (PM10: -70,8 bis -74,4%, PM2,5: -70,6 bis -74,3%, PM1: -64,0 bis -68,0%) durch den Einsatz der Lüftung nachgewiesen werden. Der zweite Teil dieser Dissertation befasste sich maßgeblich mit dem Einfluss unterschiedlicher ventilatorischer Szenarien auf die Feinstaubkonzentrationen im Auto. Unter Verwen-dung von drei unterschiedlichen Zigarettenprodukten (3R4F Research Cigarettes, Marlboro Red, Marlboro Gold) wurden insgesamt 7 ventilatorische Szenarien (Condition C1b–C7b) getestet. Für alle Szenarien, mit Ausnahme von C1b, war die Autolüftung auf Stufe 2/4 ge-stellt und in Richtung der Windschutzscheibe gerichtet. Die Szenarien beinhalteten: Condition 1 (C1b) Fenster geschlossen, Autolüftung aus und externer Ventilator aus, Condition 2 (C2b) Fenster 10 cm geöffnet und externer Ventilator aus, Condition 3 (C3b) Fenster 10 cm geöffnet und externer Ventilator auf höchster Stufe (3/3) an, Condition 4 (C4b) Fenster halb geöffnet und externer Ventilator aus, Condition 5 (C5b) Fenster halb geöffnet und externer Ventilator auf höchster Stufe (3/3) an, Condition 6 (C6b) Fenster vollständig geöffnet und externer Ventilator aus und Condition 7 (C7b) Fenster vollständig geöffnet und externer Ventilator auf höchster Stufe (3/3) an. Es zeigten sich besonders hohe Feinstaubkonzentrationen bei Zigaretten, welche ohne Ventilation bei geschlossenem Fenster verraucht wurden. Unabhängig von der verwendeten Marke war die Feinstaubbelastung nach 10 min unter C1b (PM10: 1272–1697 µg/m3, PM2,5: 1253–1659 µg/m3, PM1: 964–1263 µg/m3) deutlich höher als unter C2b (PM10: 67–84 µg/m3, PM2,5: 68–83 µg/m3, PM1: 66–79 µg/m3), C3b (PM10: 100–139 µg/m3, PM2,5: 99–138 µg/m3, PM1: 95–132 µg/m3), C4b (PM10: 84–94 µg/m3, PM2,5: 84–93 µg/m3, PM1: 81–89 µg/m3), C5b (PM10: 94–120 µg/m3, PM2,5: 93–119 µg/m3, PM1: 90–114 µg/m3), C6b (PM10: 155–196 µg/m3, PM2,5: 154–195 µg/m3, PM1: 148–184 µg/m3), und C7b (PM10: 74–99 µg/m3, PM2,5: 72–97 µg/m3, PM1: 69–93 µg/m3). Ebenfalls wurden Feinstaubspitzenwerte bei 4,5 min und 10 min ausgewertet. Bei 4,5 min konnte PM10 unter C2b–C7b um 81,6–93,3% im Vergleich zu C1b reduziert werden. Bei 10 min sogar um 92,9–99,3%. Die 3R4F Zigarette hatte die höchste Feinstaubemission gefolgt von Marlboro Rod und Marlboro Gold. Zudem zeigte sich, dass die Feinstaubemission auch von den Tabakinhaltsstoffen und dessen Konzentrationen abhängig ist. Die Etablierung der neuen Messplattform ermöglicht die Erforschung von Feinstaubexpositionen durch Zigarettenrauch im Auto ohne potentiell gesundheitliche Folgen. In Zusammenschau der Daten ließ sich nach Öffnen des Fensters und unter Einflussnahme verschiedener ventilatorischer Einstellungen eine deutliche Reduktion der Feinstaubkonzentration im Auto feststellen. Nichtsdestotrotz bleibt die Feinstaubbelastung im Autoinnenraum zu hoch und übersteigt die Richtwerte der Air Quality Guidelines aus dem Jahre 2021 der WHO. Die experimentell untersuchten Belüftungsszenarien sind somit insuffizient, da sie nicht vor der toxischen Feinstaubexposition durch Passivrauch beim Autofahren schützen können.
• Tobacco smoke contains up to 5000 ingredients. While at least 250 are known to be hazardous to human health, 98 are cancerogenic. The released particulate matter (PM) reaches high concentrations in confined spaces and is therefore particularly unhealthy for passive smokers (e.g. children). The aim of this study was to establish a new measuring platform to investigate the particulate matter emissions of cigarette smoke inside a car cabin under different ventilation conditions. Additionally, the influence of different tobacco products on particulate matter concentrations were tested. The first part of this dissertation presents the TAPaC measuring platform (tobacco-associated particulate matter emissions inside a car cabin: establishment of a new measuring platform). It allows the researcher to evaluate the effect of different ventilation conditions on the PM emissions of tobacco smoke in a vehicle. Due to its unique ability to smoke cigarettes remotely without exposing any person to toxic tobacco smoke, it provided the ideal experimental setup. Cigarettes were smoked on the passenger’s seat, while the PM emissions were measured on the driver’s seat and differentiated into PM10 (particles with an aerodynamic diameter <10 μm), PM2.5 (particles with an aerodynamic diameter <2.5 μm) and PM1 (particles with an aerodynamic diameter <1 μm). 3R4F Research Cigarettes were investigated. The results showed extremely high mean PM values after 10 min measurement (PM10: 1608 μg/m3, PM2.5: 1583 μg/m3, PM1: 1133 μg/m3). Also, a reduction of PM (PM10: -70.8 to -74.4%, PM2.5: -70.6 to -74.3%, PM1: -64.0 to -68.0%) was proven after the additional usage of in-vehicle ventilation. The second part of this dissertation investigated the influence of 7 different ventilation conditions on PM concentrations inside the car cabin. Three different cigarette products (3R4F Research Cigarettes, Marlboro Gold, Marlboro Red) were investigated. Except for C1b, all tested conditions had the car ventilation turned on power level 2/4, with the air directed towards to windshield. The conditions comprised: condition 1 (C1b) windows closed with the car ventilation turned off and the outside fan turned off, condition 2 (C2b) window 10 cm opened and the outside fan turned off, condition 3 (C3b) window 10 cm opened with the outside fan turned on at highest power level (3/3), condition 4 (C4b) window half-opened and the outside fan turned off, condition 5 (C5b) window half-opened with the outside fan turned on at highest power level (3/3), condition 6 (C6b) window fully opened and the outside fan turned off, and condition 7 (C7b) window fully opened with the outside fan turned on at highest power level (3/3). The generated data showed specifically high PM concentrations of cigarettes smoked without any ventilation and closed windows (C1b). Independent of the smoked tobacco product, PM emissions after 10 min under C1b (PM10: 1272–1697 μg/m3, PM2.5: 1253–1659 μg/m3, PM1: 964–1263 μg/m3) were higher than under C2b (PM10: 67–84 μg/m3, PM2.5: 68–83 μg/m3, PM1: 66–79 μg/m3), C3b (PM10: 100–139 μg/m3, PM2.5: 99–138 μg/m3, PM1: 95–132 μg/m3), C4b (PM10: 84–94 μg/m3, PM2.5: 84–93 μg/m3, PM1: 81–89 μg/m3), C5b (PM10: 94–120 μg/m3, PM2.5: 93–119 μg/m3, PM1: 90–114 μg/m3), C6b (PM10: 155–196 μg/m3, PM2.5: 154–195 μg/m3, PM1: 148–184 μg/m3), and C7b (PM10: 74–99 μg/m3, PM2.5: 72–97 μg/m3, PM1: 69–93 μg/m3). PM peak emissions were measured at 4.5 min and 10 min. Compared to C1b, PM10 under C2b–C7b reduced at 4.5 min and 10 min by 81.6–93.3% and 92.9–99.3%, respectively. In addition, PM emissions varied depending on the smoked tobacco product. The highest concentrations were emitted by the 3R4F cigarettes, followed by Marlboro red and Marlboro gold. Therefore, PM emissions are dependent on the used tobacco ingredients and their concentrations. The establishment of the new measuring platform enables researchers to investigate particulate matter emissions of cigarette smoke in car cabin without potential health risks. The data shows that vehicle ventilation during a smoking session can reduce PM concentration significantly. Nevertheless, the recommended PM thresholds by the WHO in 2021 (air quality guidelines) are exceeded by far. Therefore, the experimentally investigated ventilation conditions are insufficient and cannot protect passengers from inhaling harmful second-hand smoke.