Entwicklung einer Applikation zur Berechnung der Messunsicherheit von Messverfahren für partikuläre, gas- und dampfförmige Gefahrstoffe

Status:

abgeschlossen 12/2022

Zielsetzung:

Bei Messverfahren, die zur Ermittlung der Konzentration von Gefahrstoffen an Arbeitsplätzen eingesetzt werden, tragen viele Komponenten zur Messunsicherheit des Gesamtverfahrens bei. Dies betrifft sowohl die Probenahme als auch die folgenden Bearbeitungsschritte bis zur Ermittlung eines Messwertes. Messverfahren werden nach in ISO-Normen beschriebenen Verfahren validiert. Die Validierungsergebnisse können hinsichtlich der Messunsicherheitsbeiträge analysiert werden. Ziel ist es, den erweiterten Messunsicherheitsbereich für das jeweilige Verfahren zu ermitteln. Es gestaltet sich oft problematisch, die theoretischen Vorgaben der Normen und Richtlinien auf in der Praxis angewendete Messverfahren zu übertragen. Vor allem, wenn die Messunsicherheit entsprechend der Basisanforderungen über das Gesamtverfahren zu berechnen ist.

Die Basisanforderungen an die zulässige Messunsicherheit werden durch die DIN EN ISO 20581 und die Technische Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 402 vorgegeben. Weitere Vorgaben sind in den Normen EN ISO 22065 (Gase/Dämpfe), EN ISO 21832 (Metalle/Metalloide) enthalten. Neben diesen Normen beschreiben der Leitfaden ISO/IEC Guide "Uncertainty of measurement - Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement" (GUM:1995), der zudem in ISO 22065 und ISO 21832 Erwähnung findet, und das von EuraChem entsprechend diesem Leitfaden für chemische Analysen angepasste "Quantifiying uncertainty in analytical measurement" Wege, wie die Messunsicherheit berechnet werden kann.

Das Hauptziel dieses Projektes war es, ein anwenderfreundliches Programm zu entwickeln, das Nutzerinnen und Nutzern die individuelle Berechnung der Messunsicherheit abnimmt und somit für eine einheitliche Vorgehensweise sorgt. Das Programm wird routinemäßig im Rahmen der Validierung von Messverfahren angewendet, um die Messunsicherheit für Messverfahren verschiedener Gefahrstoffklassen zu berechnen (z. B. Gase/Dämpfe; metallisch-partikulär) und eine Eignung eines Messverfahrens zu ermitteln.

Aktivitäten/Methoden:

Im ersten Schritt mussten die Parameter ausgewählt werden, die bei der jeweiligen Gefahrstoffmessung als Unsicherheitskomponenten zu berücksichtigen sind. Dazu zählen Komponenten der Probenahme und der Probenaufarbeitung sowie zum Analysenverfahren, die nach den Vorgaben der zu berücksichtigenden Normen in entsprechenden Modellen beschrieben werden. Im zweiten Schritt wurde die erweiterte Messunsicherheit des Gesamtverfahrens unter Anwendung der aufgestellten Modelle und des GUM-Leitfadens berechnet.

Es mussten verschiedene Fälle für die Probenahme (Gase/Dämpfe und metallisch/partikulär), Analyseverfahren (z. B. GC, HPLC, ICP-MS) und Methoden der Herstellung von Validierproben (z. B. Validierung über Prüfgase bei Gasen und Dämpfen, manuelle Dotierung von Proben bei Metallen) berücksichtigt werden. Es wurde eine anwenderfreundliche Software mit Benutzeroberfläche programmiert, die es ermöglicht, die Messunsicherheit für standardisierte Verfahren zu berechnen und alle Vorgaben hinsichtlich der Normen und gemäß GUM erfüllt.

Im letzten Schritt wurde das Programm intern so geschult, dass es von den Nutzerinnen und Nutzern im Institut für Arbeitsschutz der DGUV (IFA) eingesetzt werden kann. Zusätzlich soll das Programm im Intranet (Q.wiki) und im Internet (auf der IFA-Homepage) für Externe zur Verfügung stehen. Nach Abschluss des Projekts können weitere Nutzerinnen und Nutzer (z. B. im Messsystem Gefährdungsermittling der Unfallversicherungsträger - MGU) im Umgang mit dem Programm und in dessen Grundlagen geschult werden (Vorträge, Workshop).

Ergebnisse:

Es wurden unter Berücksichtigung des GUM-Leitfadens mathematische Modelle aufgestellt, mit denen die erweiterte Messunsicherheit des Gesamtverfahrens berechnet wird. Die gewählten Modelle wurden mit einer Software für die Berechnung der erweiterten Messunsicherheit (Fa. Qualisyst, QMSys GUM Professional) validiert. Zudem wurde eine erfolgreiche Überprüfung mit einer Excel-basierten Berechnung der erweiterten Messunsicherheit, die auf den oben genannten etablierten mathematischen Modellen beruht, durchgeführt. Das Programm wurde anschließend um eine anwenderfreundliche Nutzeroberfläche ergänzt und ermöglicht es nun, die Messunsicherheit für standardisierte Messverfahren zu berechnen, wobei alle Vorgaben hinsichtlich der Normen für Anforderungen an Messverfahren und des GUM-Leitfadens berücksichtigt werden.

Die Software wurde der internationalen Fachwelt auf der Konferenz Airmon 2022 in einem Workshop vorgestellt und stieß auf viel positive Resonanz. Eine IFA-interne Vorstellung der Software wurde bereits durchgeführt. Aktuell wird sie von einer ausgewählten internen Nutzergruppe einem Test auf Praxistauglichkeit und Anwendbarkeit im Rahmen von Verfahrensvalidierungen unterzogen.

Die Veröffentlichung des Programms und einer Handlungsanleitung auf der IFA Homepage ist in Vorbereitung. Nach Abschluss des Projekts sollen Interessierte Mitglieder des MGU zum Umgang mit dem Programm geschult werden. Weitere nationale/internationale Vorträge und Workshops und nationale/internationale Veröffentlichungen sind geplant. Es ist geplant, die Software sukzessive weiterzuentwickeln und weitere Messverfahren mit zugehörigen Unsicherheitsparametern zu implementieren.

Stand: