Anwendbarkeit von Kanistern zur Probenahme von leicht flüchtigen Alkanen

Status:

abgeschlossen 08/2022

Zielsetzung:

Die Probenahme von hochflüchtigen niedermolekularen Stoffen erwies sich in der Praxis oft als schwierig. Herkömmliche Adsorptionsmaterialen wiesen für diese Stoffe nur eine begrenzte Kapazität auf, sodass es bei der Probensammlung auf Adsorbensröhrchen zu einem Durchbruch kam. Bei einer Sammlung in inerten Gassammelsäcken, den sogenannten Tedlar© Bags, kann es trotz Deaktivierung der Oberflächen zu Wandreaktionen kommen und eine verlustfreie Lagerung von Gasproben ist nur eingeschränkt möglich. Eine Alternative sind oberflächenbehandelte Edelstahlkanister als Probenahmegefäß. Die Kanister wurden vor der Sammlung evakuiert und die Probenahme erfolgte durch einen Druckgradienten und eine kritische Düse zur Einstellung des Volumenstroms. Dies ermöglichte je nach Auswahl der kritischen Düse zeitintegrative Probenahmen am Arbeits- bzw. Messplatz für Zeiträume von wenigen Minuten bis zu 24 h.

Es sollte eine Verfahrensweise für den Einsatz dieser Edelstahlkanister erarbeitet werden. Zunächst sollte für leichtflüchtige Alkane (Pentane und Hexane) ein Verfahren entwickelt werden, welches im fortschreitenden Projektverlauf auf andere Analyten angepasst übertragen werden kann. Nach Festlegung der Randbedingungen für den Einsatz der Edelstahlkanister sollten Methoden für die Probenahme hochreaktiver Gase wie Ethylenoxid entwickelt werden, da diese aufgrund ihrer hohen Flüchtigkeit und Reaktivität besondere Herausforderungen bei der Messung von Gefahrstoffen darstellten. Derzeit gibt es für Ethylenoxid keine geeigneten Messverfahren im Messsystem Gefährdungsermittlung der Unfallversicherungsträger (MGU).

Aktivitäten/Methoden:

Im ersten Schritt sind in Tedlar© Bags kleinere Mengen (bis zu 25 l) statischer Prüfgase erzeugt und im Anschluss in die Edelstahlgefäße überführt worden. Hiermit hat sich feststellen lassen, ob die erzeugten Gasmischungen ohne Veränderungen in den Edelstahlkanister gesammelt werden können. Die Validierungsversuche der Kanister sind an der dynamischen Prüfgasstrecke des IFA durchgeführt worden.

Parallel dazu ist ein gaschromatographisches (GC)-Verfahren für diese Alkane validiert worden, mit dem die Gasproben direkt untersucht werden konnten. Die Methode hat die chromatographische Separierung der acht isomeren Substanzen (n-Pentan, Isopentan, n-Hexan,2,2-Dimethylbutan, 2,3-Dimethylbutan, 2-Methylpentan, 3-Methylpentan,Cyclopentan und Cyclohexan) ermöglicht. Weiterhin ist ein Online-Verfahren mittels Selected Ion Flow Tube – Massenspektrometrie (SIFT-MS) zur kontinuierlichen Überwachung der Prüfgase erarbeitet worden.

Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen der Methodenentwicklung der Alkane mittels Kanisterprobenahme ist eine Methode zur Sammlung und Analyse von Ethylenoxid entwickelt und validiert worden. So haben die Alkane als Testsubstanzen im Rahmen erster Eignungsprüfungen der Kanisterprobenahme gedient.

In Testmessungen an Arbeitsplätzen unter Einbezug der Kanister als Probenahmegeräte galt es, die praktische Anwendbarkeit des Kanisters zu beweisen und zu erproben.

Ergebnisse:

Für die Probenahme mit Edelstahlkanistern und gaschromatographische Analyse konnte eine Verfahrensweise entwickelt werden. Es wurden Messverfahren zur Bestimmung von aliphatischen C5- und C6-Kohlenwasserstoffen, sowie für Ethylenoxid entwickelt und validiert. Die Methode wurde an einer dynamischen Prüfgasstrecke validiert, dabei wurde eine Selected-Ion-Flow-Massenspektrometrie-Methode erstellt, welche zur Echtzeit-Überwachung der generierten Prüfgase genutzt wurde. Die Methode zur Bestimmung isomerer kurzkettiger, aliphatischer Alkane (Pentane und Hexane) deckt einen Arbeitsbereich von 1-10 mg/m³ ab und weist eine erweiterte Messunsicherheit von ca. 15 % auf. Das Messverfahren für Ethylenoxid hat einen Messbereich von 10 bis 2 000 ppb und eine erweiterte Messunsicherheit von U = 15 %. Die Methoden erfüllen somit in vollem Umfang die Anforderungen an Messverfahren für krebserzeugende Arbeitsstoffe.

Die Anwendbarkeit der entwickelten Methode für Ethylenoxid wurde in ersten Messungen an Arbeitsplätzen mit Exposition getestet. Die Ergebnisse zeigen die volle Anwendbarkeit des Messverfahrens. Eine Ausweitung des Messprogramms im MGU soll eine umfassende Aussage zu Ethylenoxid-Expositionen in verschiedenen Branchen (z. B. Ethylenoxid-Produktion oder Anwendung in der Medizinprodukt-Sterilisation) mit unterschiedlich geartetem Bezug zu Ethylenoxid ermöglichen. Die Methode wird Anfang 2023 als neues Standardverfahren in das MGU eingeführt.

Stand: