🌿 Benzol in der Arbeitsplatzluft — Adsorption an Aktivkohle und Gaschromatographie (GC-FID / GC-MS)

Umwelt PN-Z-04016-10

Übersicht

Benzol (CAS 71-43-2) ist eine leicht entzündbare, farblose oder hellgelbe Flüssigkeit von süßlichem Geruch (molare Masse 78,11 g/mol, Sdp. 80,1 °C, Dampfdruck 101 hPa bei 20 °C), deren Dämpfe mit der Luft explosionsfähige Gemische bilden; in der EU ist es als krebserzeugend Kat. 1A und erbgutverändernd Kat. 1B eingestuft (H350, H340, H372, H304, H225). Es ist ein Rohstoff für Ethylbenzol, Cumol, Anilin und Cyclohexan, ein Lösemittel und ein Bestandteil des Benzins. In Polen regelt die Bestimmung von Benzol in der Arbeitsplatzluft die PN-Z-04016-10:2005: Adsorption der Dämpfe an Aktivkohle, Desorption mit Schwefelkohlenstoff und Gaschromatographie; die kleinste mit diesem Verfahren bestimmbare Konzentration beträgt 0,5 mg/m³. Der Arbeitsplatzgrenzwert (NDS) betrug 1,6 mg/m³ (Dz.U. 2018 Pos. 1286 — poln. Gesetzblatt, Vermerk „Haut"), und seit dem 5. April 2026 gilt 0,66 mg/m³ (0,2 ppm). Deshalb erarbeitete das CIOP-PIB ein novelliertes Verfahren (Wasilewski, Kondej, PiMOŚP 2026, Nr. 2(128)) mit einem Bereich von 0,066–1,32 mg/m³ (1/10–2 des neuen Grenzwertes), das die PN-EN 482 erfüllt, mit FID- oder MS-Detektion und validiert vor dem Hintergrund von Toluol, n-Hexan, Styrol, Ethylbenzol und den Xylolen. Validierungskennwerte: GC-FID — LOD 0,103 µg/ml, LOQ 0,308 µg/ml, Gesamtpräzision 5,25 %, erweiterte Unsicherheit 23,02 %; GC-MS — LOD 0,76 ng/ml, LOQ 2,27 ng/ml, Präzision 5,93 %, erweiterte Unsicherheit 25,65 %. Laboratorien, die die PN-Z-04016-10 anwenden, nehmen die Proben mit einem Volumenstrom von 0,05–0,08 dm³/min bis zu 30 dm³ auf ein Aktivkohleröhrchen; im Kühlschrank aufbewahrte Proben sind 7 Tage beständig (nach der Zusammenstellung des ŚCOP), im Verfahren des CIOP-PIB — 15 Tage.

Prinzip der Methode

Das in der untersuchten Luft enthaltene Benzol wird an der Aktivkohle im Sorptionsröhrchen zurückgehalten (zwei Schichten: 100 mg und 50 mg, durch Glaswolle getrennt), mit Schwefelkohlenstoff desorbiert und chromatographisch bestimmt. Im Verfahren des CIOP-PIB werden bis zu 9 l Luft mit einem Volumenstrom von nicht mehr als 1,5 l/h durch das Röhrchen geleitet (das Röhrchen ist von der Seite der kürzeren Schicht mit dem Probenehmer verbunden); selbst bei Konzentrationen über dem doppelten Grenzwert gelangt das Benzol nicht in einer Menge von mehr als 10 % in die zweite Schicht. Jede Kohleschicht wird gesondert in ein Gefäß mit Ventil geschüttet, mit 1 ml CS₂ mit vermindertem Benzolgehalt versetzt und 30 min geschüttelt; ebenso wird die Blindprobe aus einem unbenutzten Röhrchen hergestellt. Analyse GC-FID: Säule HP-5 30 m × 0,32 mm × 0,25 µm, Ofen 60 °C (4 min) → 25 °C/min → 190 °C (9,2 min), Injektor 250 °C, Detektor 300 °C, Stickstoff 25 ml/min, Wasserstoff 30 ml/min, Luft 400 ml/min, Splitverhältnis 5:1, Injektion 2 µl. Analyse GC-MS: Säule RTX-5 silMS 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm, Ofen 50 °C (4 min) → 25 °C/min → 190 °C, Injektor und Transferleitung 280 °C, Helium 1 ml/min, Splitverhältnis 10:1, Injektion 1 µl, SIM-Modus m/z 51 und 78. Die Konzentration wird aus der Kalibrierkurve abgelesen (0,58–12,0 µg/ml in CS₂; R ≥ 0,9999), und das Ergebnis wird berechnet: X = (C − Cb)·v/(V·d), wobei v — Volumen des CS₂ [ml], V — Luftvolumen [l], d — Wiederfindungsfaktor (im Mittel 1,01 für GC-FID, 0,95 für GC-MS). Benzollösungen in CS₂ sind im Kühlschrank 3 Tage beständig; die Proben auf der Kohle — 15 Tage.

Anwendungen

• Kontrolle der sanitär-hygienischen Bedingungen in Raffinerien, in der Petrochemie, bei der Herstellung von Ethylbenzol, Cumol und Anilin, an Tankstellen und in Laboratorien
• Bewertung der Exposition gegenüber einem krebserzeugenden Stoff der Kat. 1A im Bereich 1/10–2 des Grenzwertes (0,066–1,32 mg/m³) nach PN-EN 482
• Messungen bei Arbeiten mit Lösemitteln, Farben, Harzen, Gummi und Benzin (gleichzeitige Bestimmung des Benzols im Extraktionsbenzin)
• Bestimmung von Benzol in Gegenwart von Toluol, n-Hexan, Styrol, Ethylbenzol und den Xylolen (BTEX)

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-Z-04016-10:2005

Titel (PL)

Ochrona czystości powietrza — Badania zawartości benzenu i jego homologów z nasyconym łańcuchem bocznym — Część 10: Oznaczanie benzenu na stanowiskach pracy metodą chromatografii gazowej

Title (EN)

Air purity protection — Tests for benzene and its homologues with saturated side chain — Part 10: Determination of benzene at workplaces by gas chromatography

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Probenahme

   Leite nach PN-Z-04008-7 bis zu 9 l Luft mit einem konstanten Volumenstrom von nicht mehr als 1,5 l/h durch das Aktivkohleröhrchen (die kürzere Schicht auf der Seite der Pumpe); bewahre die genommenen Proben im Kühlschrank auf (15 Tage beständig).

2. Standards

   Stelle gravimetrisch die Zwischenlösung (etwa 1 mg/ml) und die Grundlösung (etwa 0,1 mg/ml) von Benzol in CS₂ her; gib in sechs 10-ml-Kolben 58, 74, 150, 300, 600 und 1200 µl der Grundlösung und fülle mit CS₂ auf (0,58–12,00 µg/ml); die Lösungen sind im Kühlschrank 3 Tage beständig.

3. Kalibrierkurve

   Injiziere von jedem Standard zweimal je 2 µl (GC-FID) oder 1 µl (GC-MS); die Abweichung der Ergebnisse vom Mittelwert ≤ 5 %; trage die Abhängigkeit der Peakfläche von der Konzentration auf.

4. Desorption

   Schütte jede Kohleschicht gesondert in die Gefäße, gib je 1 ml CS₂ zu, verschließe dicht und schüttle 30 min; stelle auf dieselbe Weise die Laborblindprobe aus einem unbenutzten Röhrchen her.

5. Analyse

   Analysiere die Lösungen unter den festgelegten chromatographischen Bedingungen (zwei Messungen, Abweichung ≤ 5 %); lies die Benzolkonzentration aus der Kalibrierkurve ab; prüfe, dass in der zweiten Schicht < 10 % des Benzols vorliegen.

6. Wiederfindung und Berechnungen

   Bestimme den Wiederfindungsfaktor d an sechs Portionen von 100 mg Kohle mit 6 µl der Zwischenlösung (Desorption nach einem Tag) gegen drei Vergleichslösungen; berechne X = (C − Cb)·v/(V·d) in mg/m³ und vergleiche mit dem Grenzwert.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Benzol — krebserzeugend Kat. 1A, erbgutverändernd Kat. 1B, wird über die Haut aufgenommen; alle Arbeiten mit den Standards unter dem Abzug, mit lösemittelbeständigen Handschuhen
• Schwefelkohlenstoff — hochentzündbar (sehr niedrige Selbstentzündungstemperatur) und giftig; von Wärmequellen fernhalten, unter dem Abzug arbeiten
• Wasserstoff für den FID — Gasinstallation mit Leckagedetektion; Reste von CS₂ und Benzol zur Entsorgung durch befugte Einrichtungen

Häufige Fragen