Untersuchung der Messfehler bei der Probenahme von Gefahrstoff-Aerosolen in Arbeitsbereichen

Status:

abgeschlossen 12/2013

Zielsetzung:

Aerosole aus semi-volatilen organischen Komponenten (SVOC) stellen eine große Herausforderung für die exakte Probenahme am industriellen Arbeitsplatz dar, da sie z. T. in Dampf- und Partikelform vorliegen. Eine exakte Probenahme ist aber im Hinblick auf die toxikologische Bewertung wichtig, da Dampf und Partikel unterschiedlich bewertet werden. Die Dampf-Partikel-Verteilung von SVOCs hängt erheblich von den Probenahme-Bedingungen ab. Daher wurde hier die SVOC-Evaporation theoretisch und experimentell nachvollzogen und das Ausmaß möglicher Evaporationsverluste experimentell untersucht.

Aktivitäten/Methoden:

Die Aerosole wurden aus n-Alkanen (Tetradecan … Eicosan) in unterschiedlichen Partikelgrößen generiert, mit partikelfreiem Stickstoff verdünnt und während der Stabilisierung beobachtet.

Die Quantifizierung von Partikel- und Gasphase wurde parallel mit direkt anzeigenden Online- und sammelnden Offline-Verfahren durchgeführt. Im Online-Verfahren wurde ein Flammenionisationsdetektor (FID) mit beheizter Transferleitung zur Bestimmung der Gesamtkonzentration (TM) von Dampf- und Partikelphase eingesetzt. Die Partikelmassenkonzentration (PM) wurde aus der Anzahl-Größenverteilung eines optischen Weißlicht-Partikelspektrometers, die Dampfphase (VM) als Differenz VM=TM–PM berechnet.

Die am Arbeitsplatz häufig verwendeten Offline-Sammler bestanden aus einem Quarzfaserfilter, um die Partikelphase von der Dampfphase zu trennen und einem (XAD2-) Adsorber, um den durchtretenden Dampf zu quantifizieren. Die Verdunstung wurde in einer temperaturstabilisierten Kammer verfolgt. Das Experiment bestand aus Sinclair-LaMer-Aerosolgenerator, Verdünnung, Flugrohr und dem o. g. Analysesystem. Zur Bewertung wurden die Messungen mit den Daten aus einem theoretischen, diffusionsbasierten Computermodell verglichen. Aus Parallelmessungen zwischen Online- und Offline-Methode wurde die vom Filter verdunstete Aerosolmasse quantifiziert.

Ergebnisse:

Die Flugrohr-Messungen zeigten, dass SVOC-Tröpfchen in Abhängigkeit von der Flüchtigkeit der Substanz, dem Sättigungsdampfdruck, dem Partikeldurchmesser und der Umgebungstemperatur innerhalb von 3 Sekunden vollständig verdampfen (Tetradecan) oder völlig unverändert (Oktadecan) bleiben können. Experimental- und Modelldaten deckten sich gut, 80 % aller Datenpunkte wichen um weniger als 20 % voneinander ab.

Die Vergleichsmessungen zwischen der Online-Methode und der Offline-Filter-Adsorber-Methode zeigten gute Übereinstimmung für TM. Die Offline-Methode zeigte jedoch besonders bei kleinen Partikeln signifikante Evaporationsverluste für die Partikelmasse auf dem Filter.

Fazit: Die Ergebnisse zeigen, dass bei der Offline-Methode tendenziell mit Verlusten der SVOC-Partikelmasse auf dem Filter gerechnet werden muss und dass die Evaporation von Aerosolpartikeln mit guter Genauigkeit vorhergesagt werden kann. Die Gesamtmasse TM war mit guter Genauigkeit unabhängig von der Probenahme-Methode. Die Offline-Methode zeigte systematisch niedrigere PM- und höhere VM-Werte, eine klare Indikation für Evaporationsverluste auf dem Filter. Dieser Effekt sollte bei der Risikobewertung am Arbeitsplatz berücksichtigt sein: werden Filter allein zur Probenahme verwendet, kann die Arbeitsplatzkonzentration signifikant unterschätzt werden.

Stand: