Herstellung und Charakterisierung von Partikelatmosphären im ExpoLab für humane Inhalationsstudien und Charakterisierung weiterer Partikel

Status:

abgeschlossen 12/2023

Zielsetzung:

Ergebnisse aus Tierversuchen werden nach wie vor zur Ableitung von Grenzwerten und Schutzmaßnahmen am Arbeitsplatz herangezogen, beinhalten jedoch hinsichtlich der Übertragbarkeit auf den Menschen große Unsicherheiten und Risiken. Im Expositionslabor (ExpoLab) des Instituts für Prävention und Arbeitsmedizin der DGUV (IPA) werden daher seit zehn Jahren an freiwilligen Probanden experimentelle Humanstudien zur Ableitung von Grenzwerten durchgeführt. In verschiedenen Projekten werden dabei u. a. die Entzündungsreaktionen in den Atemwegen gesunder Probanden bestimmt, die durch Partikel ausgelöst werden, die in der Atemluft der Probanden dispergiert werden. Grundsätzlich werden zwei verschiedene Aerosolgeneratorsysteme zur Erzeugung von Partikelatmosphären im ExpoLab des IPA verwendet. Ziel der Untersuchungen im Institut für Arbeitsschutz der DGUV (IFA) war es, die dabei erzeugten Partikel zu charakterisieren. Es sollte sowohl die chemische Zusammensetzung der Aerosole, die Partikelgröße und -form, sowie die Dispergierung bzw. Agglomerierung bestimmt werden. Die Untersuchungen sollten dabei helfen, sicherzustellen, dass die zur Exposition gebrachten Partikel der für die Versuche beabsichtigten Art, Größe und Verteilung in der Atemluft entsprechen.

Aktivitäten/Methoden:

Um einen möglichst guten Überblick über die Prozesse und Resultate der Erzeugung von Partikelaerosolen aus den Aerosolgeneratorsystemen zu erhalten, werden unterschiedliche Arten von Proben analysiert. Neben Materialproben der Ausgangs- und erzeugten Stoffe werden auch Luftproben untersucht, die mittels Luftprobenahme in der Atemluft der Expositionskammer genommen wurden. Zur qualifizierten Beschreibung der Proben wird ein breites Methodenspektrum eingesetzt. Abhängig von der Aufgabenstellung werden phasenkontrastmikroskopische, infrarotspektroskopische, röntgendiffraktometrische und rasterelektronenmikroskopische (in Kombination mit energiedispersiver Röntgenmikroanalyse (EDX)) Auswertungen durchgeführt.

Ergebnisse:

Zur Charakterisierung der für die Inhalationsstudien verwendeten Partikel zeigte sich primär die Rasterelektronenmikroskopie als geeignet. Die Partikelgröße und -form, sowie die Dispergierung bzw. Agglomerierung konnte ermittelt werden. Der Grad der Dispergierung ließ sich durch einen Vergleich der Analyse des Ausgangsmaterials (Materialprobe) und der anhand von Luftproben gesammelten Partikel feststellen. Mittels EDX-Analyse konnte die chemische Zusammensetzung der Aerosole überprüft werden. Für weitere qualitative Analysen (Art der Phase, Reinheit und mögliche Kontamination der Materialien) wurden die Röntgendiffraktion, die IR-Spektroskopie und die Phasenkontrastmikroskopie eingesetzt. Die erfolgreiche Generierung geeigneter Testatmosphären wurde an Nano- und Mikro-Zinkoxid, Mikro-Bariumsulfat und zwei verschiedenen Nano-Titandioxiden überprüft.

Stand: