Entwicklung eines Messverfahrens für Germanium und Gadolinium

Status:

laufend 09/2021

Zielsetzung:

In den letzten Jahren wurden von den zuständigen Gremien und Kommissionen zahlreiche Grenzwerte für Metalle oder Metallverbindungen abgesenkt oder neu aufgestellt (z. B. Indium, Germanium).

Zuletzt befand sich ein Luftgrenzwert für Gadolinium (Gd) in Vorbereitung. Dieses Seltene-Erden-Metall wird z. B. in Kontrastmitteln bei der Magnetresonanztomografie verwendet. Es steht unter Verdacht, Vergiftungserscheinungen im Körper hervorzurufen.

Aufgrund ähnlicher Vergiftungserscheinungen wurde bereits 2018 ein Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) für Germanium (Ge) bzw. Germaniumoxid mit 0,85 mg/m³ in der Einatembaren Staubfraktion (E-Staub) festgelegt.

Weder für Gd noch für Ge gibt es derzeit ein empfohlenes Messverfahren. Zur Messung der beiden Metalle und ihrer Verbindungen muss ein neues Messverfahren entwickelt werden. Das Verfahren muss den Anforderungen der Technischen Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 402 entsprechen. Dazu sind die in verschiedenen Normen festgelegten Leistungskenndaten, wie z. B. des Mindestmessbereichs oder der Messunsicherheit, zu berücksichtigen.

Das Ziel des Projektes ist es, ein valides und geeignetes (ICP-MS-)Messverfahren (ICP-MS: Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma) für die metallischen Elemente Ge und Gd zu entwickeln und als Standardmessverfahren im Messsystem Gefährdungsermittlung der UV-Träger (MGU) zu etablieren.

Aktivitäten/Methoden:

Im ersten Schritt dieses Projekts sollen die einzelnen Validierungsschritte für das Verfahren unter Berücksichtigung der Normen ISO 21832, DIN 32645 und DIN EN 482 festgelegt werden.

Im Anschluss sollen die Validierungsschritte für ein ICP-MS-Messverfahren durchgeführt und bewertet werden.

Da es sich um eine Neuentwicklung handelt, müssen z. B. auch Probenahmeverfahren oder Aufschlussverfahren für Ge bzw. Gd festgelegt werden.

Zuletzt werden die Ergebnisse ausgewertet und bewertet und das Verfahren in das MGU eingeführt.

Ergebnisse:

Es konnte ein Verfahren zur Bestimmung von Gd aus Luftproben mittels ICP-MS entwickelt und nach DIN EN ISO 21832 validiert werden. Die Validierungsschritte umfassen die Berechnung von Nachweis- und Bestimmungsgrenze (DIN 32645), Kalibration, analytische Präzision, Vergleichspräzision und Wiederfindung sowie Lagerung (DIN EN ISO 21832). Da für Gd zum jetzigen Zeitpunkt noch kein Grenzwert festgelegt ist, wurde zur Berechnung des Mindestmessbereichs nach DIN EN 482 der allgemeine Staubgrenzwert der Alveolengängigen Staubfraktion (A-Fraktion) herangezogen (1,25 mg/m³). Zusätzlich zum Mindestmessbereich wurde eine Konzentration nahe der Bestimmungsgrenze validiert, sodass zukünftig auch der Arbeitsbereich zwischen 0,01 und 10 µg/m³ bewertet werden kann. Diese Methode zur Bestimmung von Gd mittels ICP-MS wird als geeignetes Standardmessverfahren im MGU eingeführt.

Die Entwicklung einer Methode von Ge aus Luftproben mittels ICP-MS erwies sich als problematisch. Luftproben, die auf Ge hin analysiert werden sollen, können derzeit nicht mit den im MGU vorgesehenen Methoden aufgeschlossen werden (d. h. Königswasseraufschluss, Mikrowellendruckaufschluss oder offener Aufschluss mit HNO3 und HCl im Verhältnis 2:1). Wird Germanium mit den üblichen Methoden aufgeschlossen, ergeben sich Wiederfindungen zwischen 10 % und 81 %, nach DIN EN ISO 21832 für ein geeignetes Verfahren gefordert werden jedoch Wiederfindungen von 100 % ± 10 %. Im Rahmen des Projektes konnte ein Aufschlussverfahren mit HF und HNO3 im Verhältnis 1 : 9 entwickelt werden, die mit den gleichen Substanzen Wiederfindungen zwischen 90 und 95 % ergeben. Die Nutzung von HF erfordert einen Geräteumbau der ICP-MS und eine analytische Überprüfung der am Umbau beteiligten Bauteile und eine anschließende Neuvalidierung der Methode. Die Methode erfüllt alle normativen Anforderungen.

Stand: