🌿 Dämpfe organischer Lösemittel (VOC) in der Luft am Arbeitsplatz — Probenahme mit Pumpe auf einem Sorptionsröhrchen, Desorption mit einem Lösemittel (meist Schwefelkohlenstoff) und Gaschromatographie

Umwelt ISO 16200-1

Übersicht

Welches Dokument dieses Verfahren beschreibt. Die Reihe ISO 16200 hat zwei Teile: Teil 1 „Pumped sampling method" — Probenahme mit erzwungenem Durchfluss durch eine Pumpe — und Teil 2 „Diffusive sampling method", also diffusive (passive) Probenahme. Beide enden mit der Desorption mit einem LÖSEMITTEL und der Gaschromatographie; entgegen einer verbreiteten gedanklichen Abkürzung betrifft Teil 2 nicht die thermische Desorption, sondern nur eine andere Art der Probenahme. Den vollständigen Ablauf der Untersuchung — das Prinzip, die Reagenzien, die Geräte, die Probenahme, das analytische Vorgehen und die Berechnungen — enthält Teil 1, und er ist die Grundlage dieses Eintrags. Sein Aufbau ist der klassische Aufbau einer Verfahrensnorm: 1 Anwendungsbereich, 2 Normative Verweisungen, 3 Prinzip, 4 Reagenzien und Materialien, 5 Geräte, 6 Probenahme, 7 Vorgehen, 8 Berechnungen, 9 Störungen, 10 Präzision und systematische Abweichung, 11 Aufbewahrung und Transport, 12 Prüfbericht, 13 Qualitätskontrolle, dazu drei informative Anhänge: A (Beschreibung der Sorbensarten), B (Gleichwertigkeit stationärer Phasen für die Gaschromatographie) und C (Ermittlung des Durchbruchvolumens). Die Norm wurde vom Technischen Komitee ISO/TC 146 „Air quality", Unterkomitee SC 2 „Workplace atmospheres", erarbeitet.

Die nationale Bezeichnung — geprüft: eine polnische Übernahme GIBT ES NICHT. Wir führen den Eintrag unter der Bezeichnung des Originals ISO 16200-1:2001, weil nur sie durch ein Dokument bestätigt ist. Den PKN-Katalog haben wir am 11.09.2026 mit zwei Abfragen geprüft: „PN-EN ISO 16200" liefert „Brak wyników wyszukiwania" [keine Suchergebnisse], und „16200" allein liefert ausschließlich PN-EN 116200 in der polnischen und der englischen Fassung — also eine Norm mit einer anderen Nummer, von der Teiltreffersuche erfasst. Im Katalog gibt es somit keine PN-Position, die ISO 16200-1 übernimmt, und deshalb ist der polnische Titel in der Überschrift dieses Eintrags unsere Übersetzung des ISO-Titels und kein aus dem PKN-Katalog abgeschriebener Titel. Wir fügen eine Feststellung aus der ISO-Lebenszyklus-Karte hinzu (id 30187), die bei der Kontrolle der Partie geprüft wurde: die Norm steht auf der Stufe 90.92, also „zu überarbeiten" — sie ist weiterhin die laufende Fassung, aber ISO hat sie zur Überarbeitung überwiesen, weshalb es sich lohnt, beim Anführen in einer Verfahrensanweisung zu prüfen, ob eine neue Ausgabe erschienen ist: an der Titelseite der Vorschau der Norm und an den Metadaten des Katalogs. Ein Laboratorium, das dieses Verfahren in seinem Akkreditierungsumfang anführt, bezieht sich also auf die ISO-Norm und nicht auf ihr polnisches Gegenstück — und sollte den Stand des Katalogs selbst prüfen, weil eine nationale Übernahme nach dem Datum unserer Prüfung erscheinen kann.

Wozu dieses Verfahren dient und was es nicht umfasst. Es ist ein allgemeines Verfahren für eine ganze Klasse flüchtiger organischer Verbindungen und kein Verfahren für einen einzigen Stoff: es wird auf Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Ester, Glykolether, Ketone und Alkohole angewendet, mit den Vorbehalten, die die Norm ausdrücklich macht — sehr polare Verbindungen können eine Derivatisierung erfordern, Verbindungen mit sehr niedrigem Siedepunkt werden vom Sorbens nur teilweise zurückgehalten und lassen sich nur qualitativ abschätzen, und halbflüchtige Verbindungen werden vollständig zurückgehalten, können aber nur teilweise wiedergefunden werden. Die Wahl des Sorbens und des Desorptionslösemittels für konkrete Paare verweist die Norm in die Tabellen 1 und 2 und in den Anhang A, die in der verfügbaren Vorschau nicht enthalten sind — und die wir hier nicht wiedergeben. Für einzelne Stoffe mit einem eigenen NDS-Wert gibt es in Polen gesonderte Stoffnormen (z. B. PN-Z-04016-10 für Benzol), meist mit einem engeren, an den Grenzwert angepassten Messbereich; das allgemeine Verfahren entbindet nicht von der Pflicht zu prüfen, ob für die jeweilige Verbindung ein eigens bestimmtes Verfahren gilt.

Der Konzentrationsbereich hängt vom Probenvolumen ab — und das ist die häufigste Falle. Die Norm gibt an: „der Konzentrationsbereich, für den dieser Teil der ISO 16200 gültig ist, hängt vom Volumen der genommenen Probe ab. Zum Beispiel beträgt der Bereich für eine 10-l-Probe annähernd von 1 mg/m³ bis 1000 mg/m³ einer einzelnen organischen Verbindung; für eine 1-l-Probe — von 10 mg/m³ bis 10 000 mg/m³ und entsprechend weiter". Diese Zahlen betreffen eine EINZELNE Verbindung, nicht die Summe der Lösemittel, und sie gelten nicht mehr, sobald sich das Luftvolumen ändert. Die obere Grenze wird durch die Sorptionskapazität des Sorbens sowie durch den linearen dynamischen Bereich der Säule und des Detektors (oder durch die Möglichkeit, die Probe zu teilen) bestimmt, die untere durch den Rauschpegel des Detektors sowie durch die Blindwerte des Analyten und die Artefakte an den Röhrchen oder im Desorptionslösemittel. Für die Beurteilung der Exposition ist noch eine Umrechnung nötig: das nach der Formel aus Abschnitt 8.2 berechnete Ergebnis ist die Massenkonzentration des Analyten IN DER GENOMMENEN LUFTPROBE, also der Mittelwert über die Probenahmedauer dieser Probe; die Expositionskennzahl für die Arbeitsschicht wird daraus durch Umrechnung auf eine zeitlich gewichtete mittlere Konzentration abgeleitet (die Norm weist selbst darauf hin, dass sich eine zeitlich gewichtete mittlere Konzentration für 8 h aus den Ergebnissen zweier oder mehrerer aufeinanderfolgender Proben ableiten lässt), und die Messstrategie beschreibt PN-EN 689+AC:2019-06. Die Anforderungen an das Verfahren selbst gibt PN-EN 482:2021 an: Messbereich 0,1–2,0 des Grenzwerts sowie relative Gesamtunsicherheit ≤ 30 % im Bereich 0,5–2,0 und ≤ 50 % im Bereich 0,1–0,5 dieses Wertes. Der Bereich aus der ISO-Norm gewährleistet diese Anforderungen nicht selbsttätig — er ist mit dem NDS-Wert der konkreten Verbindung zu vergleichen, und das Probenvolumen ist danach zu wählen.

Was diese Beschreibung nicht enthält. Die Vorschau der Norm umfasst die Seiten bis einschließlich Abschnitt 8.2 (8 von 27). Die Abschnitte 9 „Interferences", 10 „Precision and bias", 11 „Storage and transport", 12 „Test report" und 13 „Quality control", die Tabellen 1–3 (Verzeichnis der Verbindungen, empfohlene Sorbentien und Desorptionslösemittel, Retentionsindizes an den Phasen BP-1 und BP-10) sowie die Anhänge A, B und C haben wir nicht gesehen, und von ihrem Inhalt steht hier nichts — insbesondere geben wir keine Angaben zur Präzision und zur systematischen Abweichung des Verfahrens und keine empfohlenen Paare Sorbens–Lösemittel für einzelne Stoffe an. Eine zweite Quelle mit demselben sachlichen Inhalt ist das britische Verfahren HSE MDHS 96 (März 2000), das vollständig verfügbar ist; sein Prinzip, sein Anwendungsbereich und die Beschreibung des Sorptionsröhrchens sind mit ISO 16200-1 praktisch gleich, aber die unten in den Ablauf der Untersuchung eingetragenen Zahlen stammen aus ISO 16200-1 und nicht aus MDHS.

Prinzip der Methode

Ein abgemessenes Volumen der zu untersuchenden Luft wird durch ein oder mehrere in Reihe verbundene Röhrchen mit einem Sorbens geleitet, das auf die zu beprobende Verbindung oder das zu beprobende Gemisch abgestimmt ist. Bei richtig gewähltem Sorbens werden die flüchtigen organischen Bestandteile im Röhrchen zurückgehalten und dem durchströmenden Luftstrom entzogen. Die gesammelten Dämpfe werden mit einem Lösemittel desorbiert — typisch mit Schwefelkohlenstoff — und die erhaltene Lösung wird mit einem Gaschromatographen analysiert, der mit einem Flammenionisationsdetektor, einem Massenspektrometer oder einem anderen selektiven Detektor ausgestattet ist. Das Röhrchen hat zwei Sorbensschichten: eine Sammelschicht und eine Sicherungsschicht; die gesondert analysierte Sicherungsschicht dient als Durchbruchkontrolle — finden sich in ihr mehr als 10 % der Probe oder mehr als 10 % irgendeines Bestandteils, wird die Probe als nicht zuverlässig verworfen. Die aus der Kalibrierkurve abgelesene Analytmenge wird um den Blindwert berichtigt und durch den Desorptionsfaktor D geteilt, der gesondert für jede Sorbensart und jeden Analyten im Konzentrationsbereich der Probe ermittelt wird — ohne diese Korrektur ist das Ergebnis systematisch zu niedrig.

Anwendungen

• Beurteilung der beruflichen Exposition gegenüber Lösemitteldämpfen beim Anstreichen, Lackieren, Kleben, Entfetten und Reinigen von Teilen
• Messung von Lösemittelgemischen, bei denen eine einzige chromatographische Probenaufgabe (Injektion) einige bis gut ein Dutzend Bestandteile trennen soll (Verdünner, Farben, Klebstoffe, Reinigungsflüssigkeiten)
• Personenbezogene Dosimetrie im Atembereich des Beschäftigten — das Ergebnis ist die mittlere Konzentration über die Probenahmedauer der Probe, die Grundlage für die Berechnung der Expositionskennzahl
• Ortsfeste Messungen zur Ermittlung der Konzentrationsverteilung in einer Halle und zur Beurteilung der Wirksamkeit der örtlichen Absaugung
• Überwachung der Wirksamkeit technologischer Änderungen — Vergleich von Messreihen vor und nach einem Lösemittelwechsel oder der Erneuerung der Absaugungen
• Untersuchungen für akkreditierte Berichte über Untersuchungen und Messungen schädlicher Faktoren, durchgeführt nach der Strategie der PN-EN 689

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

ISO 16200-1:2001

Titel (PL)

Jakość powietrza na stanowiskach pracy — Pobieranie próbek i oznaczanie lotnych związków organicznych metodą desorpcji rozpuszczalnikiem i chromatografii gazowej — Część 1: Metoda pobierania próbek z przepływem wymuszonym

Title (EN)

Workplace air quality — Sampling and analysis of volatile organic compounds by solvent desorption/gas chromatography — Part 1: Pumped sampling method

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Wahl des Sorbens und Planung der Probe

   Ein für die Verbindung oder das Gemisch geeignetes Probenahmegerät wählen; Hinweise zu den Sorbentien gibt die Norm im Anhang A, und die Verweise auf Quellverfahren mit Strömen und Probenahmezeiten für konkrete VOC — in den Tabellen 2 und 3. Das Probenvolumen muss kleiner sein als das Durchbruchvolumen. Für die meisten VOC lassen sich an einem Standardröhrchen mindestens 10 l ohne Durchbruch nehmen; für flüchtigere Verbindungen ist das sichere Volumen bisweilen erheblich kleiner, und ein Standardröhrchen reicht für volle 8 h möglicherweise nicht aus — dann werden zwei oder mehr aufeinanderfolgende Proben oder ein größeres Röhrchen verwendet.

2. Prüfung des Volumenstroms der Pumpe

   Den Strom mit einem im Strang eingebauten repräsentativen Röhrchen so einstellen, dass das empfohlene Probenvolumen in der verfügbaren Zeit genommen wird. Der Strom soll 200 ml/min nicht überschreiten. Die Kalibrierung mit einem äußeren kalibrierten Durchflussmesser durchführen; ein Ende des Durchflussmessers hat unter Atmosphärendruck zu stehen.

   ⏱ Zeit: vor jeder Reihe

3. Einbau des Röhrchens und Beginn der Probenahme

   Beide Enden des Röhrchens so abbrechen, dass jede Öffnung mindestens die Hälfte des Innendurchmessers hat. Das Röhrchen in eine Halterung legen und mit der ausgeschalteten Pumpe so mit einem Schlauch verbinden, dass die Sicherungsschicht (50 mg) auf der Pumpenseite liegt. Bei der personenbezogenen Dosimetrie das Probenahmegerät im Atembereich befestigen; bei einer ortsfesten Messung eine geeignete Stelle wählen. In beiden Fällen ist das Röhrchen senkrecht anzuordnen, um die Kanalbildung des Durchflusses in den Sorbensschichten zu begrenzen. Die Pumpe einschalten, die Uhrzeit und den Strom (oder den Zählerstand) aufzeichnen.

4. Beendigung der Probenahme und Berechnung des Volumens

   Nach dem Ende die Uhrzeit und den Strom (oder den Zählerstand) aufzeichnen und die Pumpe ausschalten. Das genommene Volumen gewöhnlich als Mittelwert aus dem anfänglichen und dem abschließenden Strom, multipliziert mit der Zeit, berechnen, oder aus dem Zählerstand, multipliziert mit dem Hubvolumen. Überschreitet der Unterschied zwischen dem anfänglichen und dem abschließenden Strom 10 % — die Probe verwerfen. Während der Probenahme die Lufttemperatur und den Barometerdruck regelmäßig aufzeichnen, wenn das Ergebnis auf bestimmte Bedingungen umgerechnet oder in Volumenanteilen ausgedrückt werden soll.

5. Sicherung und Kennzeichnung der Proben, Feldblindproben

   Das Röhrchen abtrennen und beide Enden mit Verschlüssen verschließen, die fest anzudrücken sind. Die Röhrchen eindeutig kennzeichnen, zum Beispiel durch Gravieren — Farben und Marker, die Lösemittel enthalten, sowie Aufkleber dürfen nicht verwendet werden. Feldblindproben vorbereiten: Röhrchen, die mit den zur Probenahme verwendeten gleich sind, derselben Behandlung mit Ausnahme der Probenahme selbst unterzogen und als Blindproben gekennzeichnet.

6. Aufbewahrung und Transport ins Laboratorium

   Werden die Proben nicht innerhalb von 8 h analysiert, sie in einen sauberen, unbeschichteten, dicht verschlossenen Behälter aus Metall oder Glas legen. Proben sehr flüchtiger Stoffe (z. B. Vinylchlorid) in Trockeneis oder in einem Gefrierschrank aufbewahren — je nach Flüchtigkeit; für weniger flüchtige Stoffe genügt eine Kühlung unter 5 °C.

   🌡 Temperatur: < 5 °C (weniger flüchtige Stoffe)

7. Desorption

   Möglichst rasch analysieren. Die Desorption in sauberer Atmosphäre und im Abzug durchführen. 1,0 ml Desorptionslösemittel in ein Gefäß mit Septum pipettieren und dieses sofort verschließen. Das Röhrchen im Bereich der (größeren) Sammelschicht anritzen und brechen, die Glaswolle herausnehmen und verwerfen, die Sammelschicht in das Lösemittel überführen und das Gefäß erneut verschließen. Das Gefäß mit Unterbrechungen 30 min lang schütteln, damit die Desorption möglichst vollständig ist. Dasselbe gesondert für die Sicherungsschicht in einem anderen Gefäß wiederholen. Die Blindproben genauso desorbieren wie die Proben. Bei Röhrchen mit mehr Sorbens als 100 mg + 50 mg ein größeres Gefäß und ein entsprechend größeres Lösemittelvolumen verwenden. Bei sehr flüchtigen Stoffen das Gefäß mit dem Lösemittel vor der Zugabe des Sorbens kühlen.

   ⏱ Zeit: 30 min

8. Kalibrierung und chromatographische Analyse

   Den Chromatographen für die Analyse flüchtiger organischer Verbindungen vorbereiten; die Säule danach wählen, welche Verbindungen die Trennung stören können. Ein festgelegtes, bekanntes Volumen (1–5 µl) jeder Normlösung aufgeben, mit einer Technik, die wiederholbare Peakhöhen oder -flächen ergibt (für eine Reihe von Wiederholungen soll die relative Standardabweichung besser als ±2 % sein, Autosampler erreichen gewöhnlich besser als ±1 %). Dasselbe Volumen aus der Lösung nach der Desorption der Probe aufgeben und die Analytkonzentration aus der Kalibrierkurve ablesen. Ebenso die Blindprobe und die zur Ermittlung des Desorptionsfaktors verwendeten Proben analysieren. Die Übereinstimmung der Retentionszeit an einer einzigen Säule ist kein Beweis für die Identität einer Verbindung.

9. Ermittlung des Desorptionsfaktors D

   D wird für jede Sorbensart und jeden Analyten im der Probe entsprechenden Konzentrationsbereich ermittelt. Die Normröhrchen durch Durchleiten eines genau bekannten Volumens einer Normatmosphäre (nicht größer als das Durchbruchvolumen für das jeweilige Paar Analyt–Sorbens) oder durch Aufgeben von 1–4 µl Normlösung auf ein sauberes Röhrchen in einem T-Stück mit Septum bei einer Inertgasspülung von 100 ml/min über 5 min herstellen. Die so hergestellten Normale wie Proben desorbieren und analysieren; D ist der Quotient der wiedergefundenen zur aufgebrachten Menge. Ist die Menge der D-Ergebnisse homogen, wird der Mittelwert aus den vereinigten Reihen (pooled mean) angenommen; andernfalls wird geprüft, ob sie sich durch eine glatte nichtlineare Abhängigkeit beschreiben lässt, in der D mit dem Verhältnis der Analytmasse zur Sorbensmasse wächst.

10. Prüfung des Durchbruchs und der Gültigkeit der Probe

    Die Analytmenge in der Sicherungsschicht mit der Menge in der Sammelschicht vergleichen. Finden sich in der Sicherungsschicht mehr als 10 % der Probe oder mehr als 10 % irgendeines Bestandteils — die Probe als nicht zuverlässig verwerfen. Daran denken, dass das Durchbruchvolumen mit steigender Umgebungstemperatur, relativer Feuchte, Dampfkonzentration und steigendem Volumenstrom abnimmt.

11. Berechnung der Konzentration in der Luft

    Die Kalibrierkurve in logarithmischer Form erstellen: der dekadische Logarithmus der um den Blindwert berichtigten Peakhöhe oder -fläche des Analyten gegen den dekadischen Logarithmus der Analytkonzentration (in µg/ml) in der aufgegebenen Teilmenge der Normlösung. Die Konzentration in der Luft nach der Formel cm = (mF + mR − mB) / (D · V) × 1000 berechnen, wobei cm die Analytkonzentration in der genommenen Luft [mg/m³], mF die Analytmasse in der Sammelschicht [mg], mR die Analytmasse in der Sicherungsschicht [mg], mB die Analytmasse im Blindröhrchen [mg], D der Desorptionsfaktor bei einer mF entsprechenden Beladung des Röhrchens und V das Volumen der genommenen Probe [l] ist.

12. Bezug des Ergebnisses auf die Beurteilung der Exposition

    Das erhaltene cm ist die mittlere Konzentration über die Probenahmedauer der jeweiligen Probe. Für den Vergleich mit dem Grenzwert ist es auf diejenige Größe umzurechnen, auf die sich dieser Wert bezieht: die zeitlich gewichtete mittlere Konzentration für 8 h bei NDS (bei mehreren aufeinanderfolgenden Proben sind diese zusammenzusetzen), die mittlere Konzentration für 15 min bei NDSCh. Prüfen, ob der bei dem gewählten Probenvolumen tatsächlich erreichte Messbereich den Anforderungen der PN-EN 482 genügt (0,1–2,0 des Grenzwerts). Die Zahl, die Verteilung und die Dauer der Proben nach der Strategie der PN-EN 689+AC:2019-06 festlegen.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Schwefelkohlenstoff ist entzündbar und giftig — die Norm schreibt vor, die Desorption und alle Tätigkeiten mit diesem Lösemittel in sauberer Atmosphäre im Abzug durchzuführen; MDHS 96 hält zusätzlich fest, dass Arbeiten mit Schwefelkohlenstoff auf einen gut belüfteten Abzug zu beschränken sind.
• Die bestimmten Stoffe sind selbst bisweilen giftig oder krebserzeugend (z. B. Benzol) — die Exposition auf allen Wegen ist zu begrenzen, und die Proben sind als Material zu behandeln, das diese Stoffe enthält.
• Die Norm hält ausdrücklich fest, dass sie nicht alle mit ihrer Anwendung verbundenen Sicherheitsfragen erfasst — die Festlegung der richtigen Arbeitsschutzpraktiken und die Prüfung der rechtlichen Beschränkungen obliegt dem Anwender.
• Die Glasröhrchen sind zugeschmolzen und werden beim Einbau sowie bei der Desorption von Hand gebrochen — sie in Schutzhüllen halten und beim Brechen und Anritzen Hände und Augen schützen.
• Ein Beschäftigter mit Pumpe und Röhrchen im Atembereich arbeitet die ganze Schicht: die Befestigung darf die Bewegungen nicht behindern und nicht an Maschinenteilen hängen bleiben; den Ort der Probenahme mit der den Arbeitsplatz beaufsichtigenden Person abstimmen.
• Zum Kennzeichnen der Röhrchen dürfen weder Marker und Farben mit Lösemitteln noch Aufkleber verwendet werden — sie verfälschen nicht nur das Ergebnis, sondern bringen auch zusätzliche Dämpfe in den Probenahmebereich ein.

Häufige Fragen