🌿 Mangan und seine Verbindungen in der Arbeitsplatzluft — Flammen-AAS

Umwelt PN-Z-04472

Übersicht

Mangan wird in der Metallurgie zur Herstellung von Eisen- und Nichteisenlegierungen sowie von Stahl verwendet; Mangandioxid — in galvanischen Zellen, als Oxidationsmittel und als Zusatz zu Farben; andere Verbindungen — in Düngemitteln, Futtermitteln, Holzschutzmitteln, in der pharmazeutischen, der Glas- und der Keramikindustrie. Die berufliche Exposition hängt mit der Gewinnung und der Aufbereitung der Erze, der Herstellung und dem Gießen von Legierungen sowie dem Schweißen mit manganhaltigen Elektroden zusammen. Eine chronische Exposition schädigt das Nerven-, das Atmungs- und das Geschlechtssystem; die Manganvergiftung ähnelt klinisch der Parkinson-Krankheit und ist nicht umkehrbar. Werte NDS: 0,2 mg/m³ für die einatembare Fraktion und 0,05 mg/m³ für die alveolengängige Fraktion — die Bewertung der Exposition wird für beide Fraktionen getrennt geführt.

Das im CIOP-PIB erarbeitete Verfahren der Flammen-Atomabsorptionsspektrometrie stellt eine Novellierung der Norm PN-79/Z-04125.02 dar und wurde in der Norm PN-Z-04472:2015-10 erfasst; die Bestimmbarkeit beträgt 0,02 mg/m³ für die einatembare Fraktion und 0,005 mg/m³ für die alveolengängige Fraktion (Luftvolumen 600–720 l, Endvolumen der Probe 10 ml). Die Vorschrift des CIOP-PIB aus dem Jahr 2021 bestimmt das Mangan zusammen mit dem Nickel und dem Eisen in einem analytischen Gang; ihr Messbereich für Mangan von 0,30–8,0 µg/ml entspricht 0,017–0,44 mg/m³ in der einatembaren Fraktion (Verdünnung 4) und 0,0042–0,11 mg/m³ in der alveolengängigen Fraktion (ohne Verdünnung), also dem 0,085- bis 2,2-fachen des Grenzwertes NDS.

Prinzip der Methode

Ein bekanntes Luftvolumen (bis 720 l) wird durch Membranfilter aus Celluloseestern (0,85 µm) geleitet: für die einatembare Fraktion der Filter in einer Fassung mit einem Volumenstrom von nicht mehr als 2 l/min, für die alveolengängige Fraktion parallel der Filter im oberen Teil eines Mikrozyklons mit dem für die Abscheidung dieser Fraktion maßgebenden Volumenstrom. Jeder Filter wird im 50-ml-Becherglas mit 2 ml konzentrierter HNO₃ auf der Heizplatte (etwa 140 °C) bis zur Auflösung des Filters und zum fast vollständigen Abdampfen zur Trockne aufgeschlossen (mehrfach), danach werden 2 ml 10%ige HNO₃ zugegeben, nach 30 min wird in einen 10-ml-Kolben überführt und mit HNO₃ 0,1 mol/l aufgefüllt. Die Lösung der einatembaren Fraktion wird verdünnt (2,5 ml + 1,5 ml HNO₃ 10 % + 0,5 ml Lanthanchlorid auf 10 ml, k = 4); die Lösung der alveolengängigen Fraktion wird ohne Verdünnung unter Zugabe von 0,5 ml Lanthanchlorid hergestellt. Das Mangan wird bei 279,5 nm in der oxidierenden Acetylen-Luft-Flamme bestimmt, mit einer Kalibrierkurve von 0,30–6,00 µg/ml und mit einer Blindprobe aus einem reinen Filter; Konzentration X = (c − c0)·V1·k/V [mg/m³], getrennt für jede Fraktion.

Anwendungen

• Bewertung der Exposition von Schweißern und von Beschäftigten der Hüttenindustrie, der Gießereien, der Legierungsherstellung und der Aufbereitung von Manganerzen
• Betriebe, die Manganverbindungen einsetzen: Herstellung von Zellen, Farben, Düngemitteln, Glas, Keramik, Holzschutzmitteln
• Periodische Messungen nach der Verordnung des Ministers für Gesundheit — Vergleich mit den Arbeitsplatzgrenzwerten (NDS) von 0,2 mg/m³ (einatembare Fraktion) und 0,05 mg/m³ (alveolengängige Fraktion)
• Personenbezogene Probenahme mit der parallelen Entnahme zweier Fraktionen des Aerosols
• Bestimmung des Mn zusammen mit Ni und Fe aus einer Probenserie (Vorschrift des CIOP-PIB 2021)

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-Z-04472:2015-10 + Ap1:2015-12

Titel (PL)

Ochrona czystości powietrza — Oznaczanie manganu i jego związków na stanowiskach pracy metodą płomieniowej absorpcyjnej spektrometrii atomowej

Title (EN)

Air purity protection — Determination of manganese and its compounds at workplaces by flame atomic absorption spectrometry

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Probenahme

   Nimm nach den Grundsätzen der PN-Z-04008-7 in der Atembereich parallel zwei Proben: die einatembare Fraktion über den Filter in der Fassung (bis 720 l, Volumenstrom ≤ 2 l/min) und die alveolengängige Fraktion über den Filter im oberen Teil des Mikrozyklons (bis 720 l, der für den Mikrozyklon maßgebende Volumenstrom).

2. Aufschluss

   Lege jeden Filter in ein 50-ml-Becherglas, gib 2 ml konzentrierte HNO₃ zu und erhitze auf der Heizplatte (etwa 140 °C) bis zur Auflösung des Filters und zum fast vollständigen Abdampfen zur Trockne; wiederhole dies bis zur vollständigen Auflösung der Probe. Gib 2 ml HNO₃ 10 % zu, warte etwa 30 min, überführe quantitativ in 5–6 Portionen HNO₃ 0,1 mol/l in einen 10-ml-Kolben und fülle bis zur Marke auf. Schließe parallel reine Filter auf (Blindproben Nr. 1 und Nr. 2).

3. Messlösungen

   Einatembare Fraktion (Nr. 1): Überführe in einen 10-ml-Kolben 2,5 ml der Lösung nach dem Aufschluss, gib 1,5 ml HNO₃ 10 % und 0,5 ml Lanthanchlorid zu und fülle mit HNO₃ 0,1 mol/l auf (k = 4). Alveolengängige Fraktion (Nr. 2): Gib in den 10-ml-Kolben mit dem Rückstand nach dem Aufschluss 0,5 ml Lanthanchlorid zu und fülle mit HNO₃ 0,1 mol/l auf (ohne Verdünnung).

4. Kalibrierkurve

   Stelle am Tag der Analyse sechs Arbeitslösungen von 0,30–6,00 µg/ml Mn (je 0,5 ml Lanthanchlorid und 2 ml HNO₃ 10 % auf 10 ml) sowie die Nullprobe her. Miss die Extinktion dreimal bei 279,5 nm in der oxidierenden Acetylen-Luft-Flamme und gleiche mit HNO₃ 0,1 mol/l auf null ab; die automatische Kalibrierung des Gerätes ist zulässig.

5. Messung

   Miss die Extinktion der Lösungen Nr. 1 und Nr. 2 sowie der Blindproben unter denselben Bedingungen wie bei der Kalibrierung und lies die Konzentrationen aus der Kurve ab. Wiederhole bei einer Überschreitung des Bereichs die Bestimmung mit einem kleineren Volumen der Lösung und berücksichtige dabei den Verdünnungsfaktor.

6. Berechnung und Bewertung

   Berechne für jede Fraktion X = (c − c0)·V1·k/V [mg/m³] (V1 = 10 ml; k = 4 für die einatembare Fraktion, 1 für die alveolengängige; V — Luftvolumen in l). Vergleiche getrennt mit den Arbeitsplatzgrenzwerten (NDS) von 0,2 mg/m³ (einatembar) und 0,05 mg/m³ (alveolengängig).

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Arbeiten mit konzentrierter Salpetersäure — in Schutzkleidung und unter einem einwandfreien Abzug; beim Heißaufschluss werden Stickoxide frei
• Bediene das Acetylen und den AAS-Brenner nach der Anleitung des Herstellers; kontrolliere die Dichtheit der Gasanlage
• Sammle die Reste der Reagenzien- und der Standardlösungen in Behältern und übergib sie zugelassenen Einrichtungen zur Entsorgung

Häufige Fragen