Entwicklung eines Messverfahrens für Chrom (VI) Verbindungen mittels Ionenchromatographie

Status:

abgeschlossen 02/2022

Zielsetzung:

Bis auf wenige Ausnahmen, wie z. B. Bariumchromat sind Chrom (VI)-Verbindungen als krebserzeugend (1b), haut- und teilweise atemwegssensibilisierend eingestuft. Chrom (VI)-Verbindungen kommen in vielen Branchen vor; zum Teil werden sie im Rahmen von Fertigungsprozessen eingesetzt, wie z. B. bei galvanischen Verfahren zur Verchromung von Oberflächen, bei der sogenannten Chromgerbung von Leder oder als Oxidationsmittel bei chemischen Verfahren. Darüber hinaus können Chrom (VI)-Verbindungen unbeabsichtigt entstehen, z. B. beim Schweißen von chromhaltigen Legierungen oder beim Brennen von Zement.

Eine Exposition-Risiko-Beziehung (ERB) für Chrom(VI)-Verbindungen konnte nicht abgeleitet werden, es gilt der risikobezogene Beurteilungsmaßstab (BM) von 1 µg/m³ (berechnet als Cr) für die einatembare Fraktion. Wird die Exposition unterhalb der BM-Konzentration eingehalten, liegt ein nicht quantifizierbares niedriges Lungenkrebsrisiko vor. Für das Messverfahren bedeutet dies, dass gemäß DIN EN ISO 20581 eine Konzentration von 0,1 μg/m³ als untere Arbeitsbereichsgrenze zu erreichen ist. Derzeit gibt es kein geeignetes Verfahren, das diese Anforderung erfüllt. Die derzeit im MGU eingesetzte Photometrie Methode (DGUV Information 213-505) ist anfällig für Störsubstanzen wie Eisen (III), Vanadium (V), Quecksilber (I, II), Molybdän (VI) und Nitrate und kann nicht weiter optimiert werden.

Ziel dieses Projektes ist es, ein robustes und sensitives Messverfahren für Chrom (VI)-Verbindungen zu erarbeiten, dessen Bestimmungsgrenze unterhalb von 0,1 µg/m³ liegt und das auf einem ionenchromatographischen (IC) Analysenverfahren basiert.

Aktivitäten/Methoden:

Nach dem erfolgten Aufbau des Ionenchromatographen werden zunächst verschiedene Filtermaterialien auf ihre Eignung geprüft. Sind die Blindwerte und Wiederfindungen zufriedenstellend, wird die zu entwickelnde Methode nach DIN EN ISO 20581 bzw. ISO 21832 validiert. Hierzu werden u. a. folgende Punkte getestet: Lagerstabilität, Bestimmungsgrenze, Wiederfindung, Blindwert, Störungen, Luftfeuchte-/Temperatureinflüsse.

Zunächst wird eine Methode für Luftproben ausgearbeitet. Erst nach erfolgter Validierung werden auch Materialproben aufgenommen. Durch die chromatographische Trennung der Probe mittels IC, werden Matrixeinflüsse weitgehend ausgeschlossen und die Anreicherung führt zu einer deutlich verbesserten Empfindlichkeit des Verfahrens.

Die Methode soll im Rahmen von Praxismessungen umfänglich geprüft und als Standardverfahren im MGU etabliert werden.

Ergebnisse:

Es wurde ein Verfahren für die Bestimmung von Chrom VI in Arbeitsbereichen erarbeitet. Schwerpunkt war die Auswahl des geeigneten Filtermaterials; dazu wurden Filtertypen von unterschiedlichen Herstellern auf ihre Eigenschaften bei der Probenahme und deren Blindwerte geprüft. Die Anforderungen erfüllt der PTFE Membranfilter TE 38 von Whatman^TM mit einer Porengröße von 5,0 μm. Dieser Filter ist chargenunabhängig blindwertfrei und es können vierstündige Probenahmen mit einem Luftdurchfluss von 10 L/min vorgenommen werden.

Die Validierung der Methode ergab eine Bestimmungsgrenze von 0,0007 µg/m³, eine mittlere Wiederfindung von 96,6 % und eine stabile Lagerzeit von 6 Tagen. Die Anforderung an den Arbeitsbereich der Methode, einen Messwert von 0,1 µg/m³ zu erfassen, wurde erreicht. Der validierte Arbeitsbereich liegt zwischen 0,042 µg/m³ und 0,42 µg/m³. Für höher konzentrierte Proben können die Analysenlösungen einfach verdünnt werden, sodass das Verfahren die Anforderungen an Messverfahren in vollem Umfang erfüllt.

Nach der erfolgreichen Validierung im Labor wurden in drei Betrieben der galvanischen Industrie Versuchsreihen vorgenommen, um das aktuelle photometrische Messverfahren mit dem neuen IC-Messverfahren im Praxistest zu vergleichen. Die Ergebnisse aller Methoden waren gut vergleichbar und reproduzierbar. Die Lagerstabilität der Proben aus galvanischen Betrieben bestätigten die im Labor erhaltenen Ergebnisse. Proben auf Chrom VI sind innerhalb von sechs Tagen aufzuarbeiten und zu analysieren.

Stand: