Die Zusammensetzung des Rauches hängt von der Art des brennenden Brennstoffs und den Verbrennungsbedingungen ab. Brände mit hoher Sauerstoffverfügbarkeit brennen bei hoher Temperatur und mit geringer Rauchentwicklung; Die Partikel bestehen meist aus Asche oder mit großen Temperaturunterschieden aus kondensiertem Wasseraerosol. Hohe Temperaturen führen auch zur Produktion von Stickoxiden. Der Schwefelgehalt ergibt Schwefeldioxid oder bei unvollständiger Verbrennung Schwefelwasserstoff. Kohlenstoff und Wasserstoff werden fast vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Brände, die mit Sauerstoffmangel brennen, erzeugen eine deutlich breitere Palette von Verbindungen, von denen viele giftig sind. Die partielle Oxidation von Kohlenstoff erzeugt Kohlenmonoxid, während stickstoffhaltige Materialien Cyanwasserstoff, Ammoniak und Stickoxide ergeben können. Anstelle von Wasser kann Wasserstoffgas erzeugt werden. Gehalte an Halogenen wie Chlor (z. B. in Polyvinylchlorid oder bromierten Flammschutzmitteln) können zur Bildung von Chlorwasserstoff, Phosgen, Dioxin sowie Chlormethan, Brommethan und anderen Halogenkohlenwasserstoffen führen. Fluorwasserstoff kann aus Fluorkohlenwasserstoffen gebildet werden, sei es aus Fluorpolymeren, die einem Brand ausgesetzt sind, oder aus Halogenkohlenstoff-Brandbekämpfungsmitteln. Phosphor- und Antimonoxide und ihre Reaktionsprodukte können aus einigen feuerhemmenden Additiven gebildet werden, was die Rauchtoxizität und die Korrosivität erhöht. Pyrolyse von polychlorierten Biphenylen (PCB), z. B. aus der Verbrennung von älterem Transformatoröl, und in geringerem Maße auch von anderen chlorhaltigen Materialien, kann 2,3,7,8-Tetrachlordibenzodioxin, ein starkes Karzinogen, und andere polychlorierte Dibenzodioxine produzieren. Pyrolyse von Fluorpolymeren, z.B. teflon ergibt in Gegenwart von Sauerstoff Carbonylfluorid (das leicht zu HF und CO hydrolysiert2); Andere Verbindungen können ebenfalls gebildet werden, z. Tetrafluoridkohlenstoff, Hexafluorpropylen und hochtoxisches Perfluorisobuten (PFIB).

Emission von Ruß in den Abgasen eines großen Diesel-LKW, ohne Partikelfilter.

Pyrolyse von Brennmaterial, insbesondere unvollständige Verbrennung oder Schwelen ohne ausreichende Sauerstoffversorgung, führt auch zur Produktion einer großen Menge an Kohlenwasserstoffen, sowohl aliphatischen (Methan, Ethan, Ethylen, Acetylen) als auch aromatischen (Benzol und seine Derivate, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe; z. B. Benzopyren, als Karzinogen untersucht, oder Retene), Terpenen. Es führt auch zur Emission einer Reihe kleinerer sauerstoffhaltiger flüchtiger organischer Verbindungen (Methanol, Essigsäure, Hydroxyaceton, Methylacetat und Ethylformiat), die als Verbrennungsprodukte entstehen, sowie weniger flüchtiger sauerstoffhaltiger organischer Spezies wie Phenole, Furane und Furanone. Heterocyclische Verbindungen können ebenfalls vorhanden sein. Schwerere Kohlenwasserstoffe können als Teer kondensieren; Rauch mit erheblichem Teergehalt ist gelb bis braun. Die Verbrennung fester Brennstoffe kann zur Emission von vielen hundert bis Tausenden von organischen Verbindungen mit geringerer Flüchtigkeit in der Aerosolphase führen. Das Vorhandensein solcher Rauch-, Ruß- und / oder braunen öligen Ablagerungen während eines Brandes weist auf eine mögliche Gefahrensituation hin, da die Atmosphäre mit brennbaren Pyrolyseprodukten mit einer Konzentration über der oberen Entflammbarkeitsgrenze gesättigt sein kann und plötzliches Einströmen von Luft einen Überschlag oder Rückstau verursachen kann.Die Anwesenheit von Schwefel kann zur Bildung von z.B. Schwefelwasserstoff, Carbonylsulfid, Schwefeldioxid, Schwefelkohlenstoff und Thiolen führen; insbesondere Thiole neigen dazu, an Oberflächen adsorbiert zu werden und einen anhaltenden Geruch auch lange nach dem Brand zu erzeugen. Die partielle Oxidation der freigesetzten Kohlenwasserstoffe führt zu einer breiten Palette anderer Verbindungen: Aldehyde (z. B. Formaldehyd, Acrolein und Furfural), Ketone, Alkohole (oft aromatisch, z. B. Phenol, Guajakol, Syringol, Catechol und Kresole), Carbonsäuren (Ameisensäure, Essigsäure usw.).

Der sichtbare Feinstaub in solchen Rauchern besteht meistens aus Kohlenstoff (Ruß). Andere Partikel können aus Tropfen kondensierten Teers oder festen Ascheteilchen bestehen. Das Vorhandensein von Metallen im Kraftstoff führt zu Partikeln von Metalloxiden. Es können auch Partikel anorganischer Salze gebildet werden, z.B. ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat oder Natriumchlorid. Anorganische Salze, die auf der Oberfläche der Rußpartikel vorhanden sind, können diese hydrophil machen. Viele organische Verbindungen, typischerweise die aromatischen Kohlenwasserstoffe, können auch an der Oberfläche der Feststoffpartikel adsorbiert sein. Metalloxide können vorhanden sein, wenn metallhaltige Brennstoffe verbrannt werden, z.B. aluminiumhaltige feste Raketentreibstoffe. Geschosse mit abgereichertem Uran entzünden sich nach dem Aufprall auf das Ziel und produzieren Partikel von Uranoxiden. Magnetische Partikel, Kügelchen aus magnetitähnlichem Eisenoxid, sind im Kohlenrauch vorhanden; ihre Zunahme der Lagerstätten nach 1860 markiert den Beginn der industriellen Revolution. (Magnetische Eisenoxid-Nanopartikel können auch im Rauch von Meteoriten erzeugt werden, die in der Atmosphäre brennen.) Magnetische Remanenz, aufgezeichnet in den Eisenoxidpartikeln, zeigt die Stärke des Erdmagnetfeldes an, wenn sie über ihre Curie-Temperatur abgekühlt wurden; Dies kann verwendet werden, um magnetische Partikel terrestrischen und meteorischen Ursprungs zu unterscheiden. Flugasche besteht hauptsächlich aus Kieselsäure und Calciumoxid. Cenosphären sind im Rauch von flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoffen vorhanden. Winzige Metallpartikel, die durch Abrieb entstehen, können im Motorrauch vorhanden sein. Amorphe Siliciumdioxidpartikel sind in Rauch von brennenden Silikonen vorhanden; Ein geringer Anteil an Siliciumnitridpartikeln kann bei Bränden mit unzureichendem Sauerstoff gebildet werden. Die Kieselsäurepartikel haben eine Größe von etwa 10 nm, verklumpen zu 70-100 nm Aggregaten und agglomerieren weiter zu Ketten. Radioaktive Partikel können aufgrund von Spuren von Uran, Thorium oder anderen Radionukliden im Brennstoff vorhanden sein; heiße Partikel können bei Bränden bei nuklearen Unfällen (z. B. Tschernobyl-Katastrophe) oder Atomkriegen vorhanden sein.Rauchpartikel werden, wie andere Aerosole, basierend auf der Partikelgröße in drei Modi eingeteilt:

• Kernmodus mit geometrischem Mittelradius zwischen 2,5 und 20 nm, wahrscheinlich durch Kondensation von Kohlenstoffeinheiten.
• Akkumulationsmodus, der zwischen 75-250 nm liegt und durch Koagulation von Kernmoduspartikeln gebildet wird
• Grobmodus mit Partikeln im Mikrometerbereich

Der größte Teil des Rauchmaterials liegt hauptsächlich in groben Partikeln vor. Diese unterliegen schnellen trockenen Niederschlägen, und die Rauchschäden in weiter entfernten Bereichen außerhalb des Raumes, in dem das Feuer auftritt, werden daher hauptsächlich durch die kleineren Partikel vermittelt.

Das Vorhandensein von Partikeln jenseits der sichtbaren Größe ist ein Frühindikator für Materialien in einer Vorentzündungsphase eines Feuers.Beim Verbrennen von wasserstoffreichem Kraftstoff entsteht Wasser; Dies führt zu Rauch, der Wasserdampftröpfchen enthält. In Abwesenheit anderer Farbquellen (Stickoxide, Partikel…), ist solcher Rauch weiß und wolkenartig.

Rauchemissionen können charakteristische Spurenelemente enthalten. Vanadium ist in Emissionen von Ölkraftwerken und Raffinerien enthalten; Ölanlagen emittieren auch etwas Nickel. Bei der Verbrennung von Kohle entstehen Emissionen, die Aluminium, Arsen, Chrom, Kobalt, Kupfer, Eisen, Quecksilber, Selen und Uran enthalten.

Spuren von Vanadium in Hochtemperatur-Verbrennungsprodukten bilden Tröpfchen geschmolzener Vanadate. Diese greifen die Passivierungsschichten auf Metallen an und verursachen Hochtemperaturkorrosion, die insbesondere für Verbrennungsmotoren ein Problem darstellt. Geschmolzenes Sulfat und Bleipartikel haben ebenfalls eine solche Wirkung.

Einige Rauchkomponenten sind charakteristisch für die Verbrennungsquelle. Guajakol und seine Derivate sind Produkte der Pyrolyse von Lignin und sind charakteristisch für Holzrauch; andere Marker sind Syringol und Derivate sowie andere Methoxyphenole. Retene, ein Produkt der Pyrolyse von Nadelbäumen, ist ein Indikator für Waldbrände. Levoglucosan ist ein Pyrolyseprodukt von Cellulose. Hartholz vs Weichholz raucht unterscheiden sich im Verhältnis von Guajakole / Syringole. Marker für Fahrzeugabgase umfassen polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Hopane, Sterane und spezifische Nitroarene (z. B. 1-Nitropyren). Das Verhältnis von Hopanen und Steranen zu elementarem Kohlenstoff kann verwendet werden, um zwischen Emissionen von Benzin- und Dieselmotoren zu unterscheiden.

Viele Verbindungen können mit Partikeln in Verbindung gebracht werden; sei es durch Adsorption an ihren Oberflächen oder durch Auflösung in Flüssigkeitströpfchen. Chlorwasserstoff wird in den Rußpartikeln gut absorbiert.

Inerte Partikel können gestört und in den Rauch mitgerissen werden. Besonders besorgniserregend sind Asbestpartikel.Abgelagerte heiße Partikel von radioaktivem Fallout und bioakkumulierten Radioisotopen können durch Waldbrände und Waldbrände wieder in die Atmosphäre eingebracht werden; Dies ist beispielsweise in der Zone der Entfremdung, die Verunreinigungen aus der Tschernobyl-Katastrophe enthält, ein Problem.

Polymere sind eine bedeutende Rauchquelle. Aromatische Seitengruppen, z.B. in Polystyrol, verstärken die Rauchentwicklung. Aromatische Gruppen, die in das Polymergerüst integriert sind, erzeugen weniger Rauch, wahrscheinlich aufgrund erheblicher Verkohlung. Aliphatische Polymere neigen dazu, den geringsten Rauch zu erzeugen, und sind nicht selbstverlöschend. Das Vorhandensein von Additiven kann jedoch die Rauchbildung erheblich erhöhen. Flammschutzmittel auf Phosphor- und Halogenbasis verringern die Rauchentwicklung. Ein höherer Vernetzungsgrad zwischen den Polymerketten hat ebenfalls einen solchen Effekt.

Sichtbare und unsichtbare Verbrennungspartikel

Rauch aus einem Lauffeuer

Rauch steigt aus den schwelenden Überresten eines kürzlich gelöschten Bergbrandes in Südafrika auf.

Das bloße Auge erkennt Partikelgrößen größer als 7 µm (Mikrometer). Sichtbare Partikel, die von einem Feuer emittiert werden, werden als Rauch bezeichnet. Unsichtbare Partikel werden im Allgemeinen als Gas oder Rauch bezeichnet. Dies zeigt sich am besten beim Toasten von Brot in einem Toaster. Wenn sich das Brot erwärmt, nehmen die Verbrennungsprodukte an Größe zu. Die anfänglich erzeugten Dämpfe sind unsichtbar, werden jedoch sichtbar, wenn der Toast verbrannt wird.

Ein Ionisationskammer-Rauchmelder ist technisch gesehen ein Produkt des Verbrennungsmelders, kein Rauchmelder. Rauchmelder vom Typ Ionisationskammer erkennen Verbrennungspartikel, die für das bloße Auge unsichtbar sind. Dies erklärt, warum sie häufig einen Fehlalarm durch die Dämpfe der glühenden Heizelemente eines Toasters auslösen können, vor dem Vorhandensein von sichtbarem Rauch, Sie können jedoch in der frühen Schwelphase bei geringer Hitze eines Feuers nicht aktiviert werden.Rauch von einem typischen Hausbrand enthält Hunderte von verschiedenen Chemikalien und Dämpfen. Infolgedessen kann der durch den Rauch verursachte Schaden oft den durch die tatsächliche Hitze des Feuers verursachten Schaden übersteigen. Neben den physischen Schäden, die durch den Rauch eines Feuers verursacht werden – was sich in Form von Flecken äußert – ist das oft noch schwieriger zu beseitigende Problem eines rauchigen Geruchs. So wie es Auftragnehmer gibt, die sich auf den Wiederaufbau / die Reparatur von Häusern spezialisiert haben, die durch Feuer und Rauch beschädigt wurden, sind Stoffrestaurierungsunternehmen auf die Wiederherstellung von Stoffen spezialisiert, die bei einem Brand beschädigt wurden.