Vergleich von Aufschlussverfahren für die Bestimmung des Gesamtmetallgehaltes in Staubproben

Status:

abgeschlossen 07/2018

Zielsetzung:

Die im Arbeitsschutz als Konventionsverfahren verwendeten Aufschlussmethoden müssen an den heutigen Stand der Technik angepasst und überarbeitet werden. Die Verfahren sind in der IFA-Arbeitsmappe und MAK-Collection beschrieben. Vermehrt kommen heute mikrowellenunterstützte Druckaufschlussverfahren zum Einsatz. Die maßgeblichen Vorteile der Mikrowellenaufschlussverfahren sind verkürzte Aufschlusszeiten, höhere Reproduzierbarkeit sowie eine Reduktion von Querkontaminationen und Interferenzen in der Analytik. Insbesondere die letzten beiden Punkte sind im Hinblick auf die erhöhten Anforderungen an Bestimmungsgrenzen, Präzision und Richtigkeit bei der Analytik zahlreicher Metalle und ihrer Verbindungen bei stetig sinkenden Grenzwerten von hoher Relevanz.

Eine Etablierung des Verfahrens erfordert die Prüfung, ob eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse beider Verfahren gegeben ist. Ein zentrales Problem ist die hohe Variabilität an Metallen und Metallverbindungen in der Luft an Arbeitsplätzen Metall verarbeitender Betriebe. Dies ist bereits bei der Verfahrensentwicklung zu berücksichtigen, indem Stäube aus den unterschiedlichsten Arbeitsbereichen untersucht werden.

Aktivitäten/Methoden:

Die Vergleichbarkeit wurde in Ringversuchen überprüft. Für die Verfahrensentwicklung und zur Durchführung der entsprechenden Vergleichsversuche wurden zunächst geeignete Staubmaterialien benötigt. Die Materialien müssen möglichst homogen sein und über eine definierte Partikelgrößenverteilung verfügen, wie sie an Arbeitsplätzen auftreten kann. Weiterhin ist von Bedeutung, dass eine hohe Bandbreite an Metallen und Metallverbindungen enthalten sind.

Die Messtechnischen Dienste des MGU stellten dem IFA elf abgelagerte Staubproben zur Verfügung, die an verschiedenen Arbeitsplätzen gesammelt wurden. Um eine Vergleichbarkeit zwischen den vorliegenden Grobstäuben und Luftproben zu gewährleisten, mussten die erhaltenen Grobstäube zerkleinert und homogenisiert werden. Eine Partikelgröße von 100 µm (maximale Partikelgröße bei einatembaren Stäuben) darf nicht überschritten werden. Die erhaltenen Stäube wurden mittels Mikroskopie, ICP-MS und TXRF charakterisiert und die Stäube mit einem geeigneten Metallgehalt für die Verfahrensentwicklung ausgewählt. Mit diesen Stäuben wurden parallel Konventionsaufschluss- und Mikrowellenaufschluss-Versuchsreihen (Variablen: Säuremischung, Zeit und Staubmasse) durchgeführt. Die quantitative Bestimmung der Metallkonzentrationen erfolgte via ICP-MS. Die Analysenergebnisse wurden gemäß der Wiederfindungen von 20 Metallen verglichen und das Mikrowellenaufschlussverfahren ausgewählt, das hinsichtlich der Ergebnisse die zu dem bisherigen Konventionsverfahren beste Übereinstimmung liefert. Zur Überprüfung des entwickelten Mikrowellenaufschlussverfahrens wurden vom IFA zwei Ringversuche organisiert. Der nationale Ringversuch mit Mitgliedern der DFG Arbeitsgruppe "Luftanalysen" diente zu Überprüfung der neuen Aufschlussmethode. Die Teilnehmer sollten sich eng an die Vorgaben des IFA halten. Der internationale Ringversuch mit Partnerinstitutionen (u. a. HSL, NIOSH, IRSST, INRS, SUVA, ÖSBS) sollte dazu dienen, die verschiedenen Aufschlusstechniken der Institute miteinander zu vergleichen und zudem die Vergleichbarkeit des Konventions- und im IFA entwickelten Mikrowellenverfahrens zu überprüfen.

Ergebnisse:

Mit Stäuben aus verschiedenen Arbeitsbereichen wurde im IFA ein Mikrowellendruckaufschlussverfahren entwickelt und geprüft. Bei der neuen Methode wird der Staub mit 10 ml konzentrierter Salpetersäure bei 60 bar (max. 240 °C) im Mikrowellenofen für 45 Minuten aufgeschlossen. Die Methode liefert gut vergleichbare Ergebnisse zum bisherigen Konventionsverfahren des offenen Aufschlusses.

Um dieses Verfahren zu überprüfen und zu etablieren wurden vom IFA zwei Ringversuche initiiert, an dem sich erfahrene Laboratorien aus dem Kreis der DFG-Arbeitsgruppe "Luftanalysen" und internationale Arbeitsschutz-Institute beteiligten. Ausgewählte Stäube sollten unter Einsatz des offenen Konventionsaufschlusses und, wenn technisch möglich, des neuen Mikrowellendruckaufschlusses untersucht werden. Den Teilnehmenden war frei gestellt darüber hinaus weitere hausinterne Aufschlussmethoden zu verwenden. Beim Ringversuch mit deutschen Labors aus Mitgliedern der DFG-Arbeitsgruppe Analysenverfahren (BAuA, IGF, BGN, ALL, und VW AG) wurden zwei Stäube untersucht. Im zweiten Ringversuch mit Teilnehmern ausländischer Arbeitsschutzinstitute (NIOSH, IRSST, ÖSBS, SUVA, HSL, WOHL, INRS und STAMI) wurden vier Stäube untersucht.

Die Ergebnisse zeigen für die Metalle eine gute Vergleichbarkeit zwischen dem bisherigen Konventionsaufschluss und dem vom IFA entwickelten Mikrowellendruckaufschluss. Ausnahmen sind Antimon, Zinn und Wolfram, für die das Mikrowellenverfahren nicht geeignet ist. Grundsätzlich ist das IFA-Mikrowellen-Druckaufschlussverfahren für die Bestimmung des Gesamtmetallgehaltes in Staubproben anwendbar und wird in Kürze als gleichberechtigtes empfohlenes Verfahren veröffentlicht.

Der Vergleich über alle Aufschlussverfahren liefert ebenfalls zufriedenstellende Resultate. Es zeigt sich jedoch, dass der Einsatz eines niedriger konzentrierten Aufschlussmediums sowie einer vergleichsweise niedrigeren Aufschlusstemperatur und -zeit zu niedrigeren Metallkonzentrationen führen kann.

Veröffentlichungen:

K. Pitzke, D. Breuer, C. Hagemann, T. Schwank, C. Stolzenberg: Projektstudie: Vergleich von Aufschlussverfahren für die Bestimmung des Gesamtmetallgehaltes in Staubproben – Teil 1: Machbarkeitsstudie im IFA (PDF, 142 kB, nicht barrierefrei) . Gefahrstoffe - Reinhalt. Luft 78 (2018) Nr. 1/2, S. 14-18

K. Pitzke, K. Gusbeth, D. Breuer, R. Hebisch, M. Kirchner, C. Schuh, T. Schwank, R. Sonnenburg, K. Timm: Projektstudie: Vergleich von Aufschlussverfahren für die Bestimmung des Gesamtmetallgehaltes in Staubproben – Teil 2: Ringversuch Teil 1, DFG-Arbeitsgruppe "Luftanalysen" (PDF, 406 kB, nicht barrierefrei) . Gefahrstoffe - Reinhalt. Luft 78 (2018) Nr. 4, S. 138-150

Stand: