🌿 Eisenoxide in der Arbeitsplatzluft — Flammen-AAS

Umwelt PN-Z-04469

Übersicht

Die Ausgabe PN-Z-04469:2025-02 ersetzte PN-Z-04469:2015-10.

Eisenoxide — Hämatit (Fe₂O₃), Magnetit (Fe₃O₄), Eisen(II)-oxid — kommen in der Luft von Erzbergwerken, in hüttentechnischen Prozessen und vor allem beim Schweißen vor. Ihr Einatmen wirkt reizend; bei ständiger Exposition lagern sie sich in der Lunge ab und rufen die Eisenstaublunge (Siderose) hervor — die älteste bekannte gutartige Staublunge —, und hohe Konzentrationen (über 10 mg Fe/m³) können die Atemwege schädigen („Schweißerlunge"). In der Verordnung über die NDS- und NDN-Werte haben die Eisenoxide — berechnet als Fe — festgelegte zulässige Werte für die einatembare Fraktion (5 mg/m³) und für die alveolengängige Fraktion (2,5 mg/m³).

Das Verfahren mit der Flammen-Atomabsorptionsspektrometrie wurde im CIOP-PIB als Novellierung der Norm PN-79/Z-04066.02 erarbeitet, die weder die Anforderungen der PN-EN 482 (Bestimmbarkeit auf dem Niveau von 1/10 des Arbeitsplatzgrenzwertes NDS) noch die Grundsätze der personenbezogenen Probenahme aus PN-Z-04008-7 erfüllte; diese Vorschrift wurde zur Grundlage der Norm PN-Z-04469:2015-10 (folgende Ausgabe 2025-02). Die Bestimmbarkeit des Verfahrens beträgt 0,35 mg/m³ bei einem Luftvolumen von 720 l, und der Messbereich 0,35–10,4 mg/m³ entspricht dem 0,07- bis 2,1-fachen des Grenzwertes NDS; sind andere Eisenverbindungen in der Luft vorhanden, so wird die Summe des Eisens bestimmt. Die neuere Verfahrensvorschrift des CIOP-PIB (2021) bestimmt in einem analytischen Gang Mangan, Nickel und Eisen in beiden Fraktionen des Aerosols.

Prinzip der Methode

Ein bekanntes Luftvolumen (bis 720 l) wird durch einen Membranfilter aus Celluloseestern mit einem Porendurchmesser von 0,85 µm geleitet, der im Kopf eines Zyklons oder in einem anderen Abscheider für die alveolengängige Fraktion angebracht ist (für die einatembare Fraktion — in einem entsprechenden Probenehmer). Der Filter wird im Becherglas mit 2 ml konzentrierter HNO₃ (65 %) auf der Heizplatte bei etwa 140 °C bis zum fast vollständigen Abdampfen zur Trockne aufgeschlossen (der Vorgang wird zweimal wiederholt), danach werden 4 ml HNO₃ 1 mol/l zugegeben, nach 30 min wird mit HNO₃ 0,1 mol/l quantitativ in einen 50-ml-Kolben überführt, und 1 ml dieser Lösung wird in einem 10-ml-Kolben unter Zugabe von 0,5 ml Lanthanchloridlösung (etwa 10 % La) als spektralem Puffer verdünnt. Das Eisen wird in der (mageren) Luft-Acetylen-Flamme bei einer Wellenlänge von 248,3 nm bestimmt, mit einer am Tag der Analyse erstellten Kalibrierkurve von 0,50–15,0 µg/ml und unter Abzug der Blindprobe aus einem reinen Filter. Konzentration in der Luft: X = (c − c0)·V1·k/V [mg/m³], wobei V1 = 50 ml, k = 10, V — Luftvolumen in Litern. Die Anwesenheit von Mn, Ni, Cr und Cu (50–200 µg/ml) beeinflusst das Ergebnis nicht.

Anwendungen

• Bewertung der beruflichen Exposition gegenüber Schweißrauchen und eisenoxidhaltigen Stäuben — Schweißereien, Schleifereien, Hüttenindustrie, Erzbergwerke, Gießereien
• Von der Verordnung des Ministers für Gesundheit über die Untersuchungen und Messungen der schädlichen Faktoren geforderte Messungen — Vergleich mit dem Arbeitsplatzgrenzwert (NDS) der einatembaren Fraktion (5 mg/m³) und der alveolengängigen Fraktion (2,5 mg/m³)
• Personenbezogene Probenahme in der Atembereich mit der Trennung nach den Fraktionen des Aerosols
• Bestimmung der Summe des Eisens im Aerosol beim gleichzeitigen Auftreten anderer Eisenverbindungen
• Parallele Bestimmung von Mn, Ni und Fe aus einer Probe nach der Vorschrift des CIOP-PIB (2021)

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-Z-04469:2025-02

Titel (PL)

Ochrona czystości powietrza — Oznaczanie tlenków żelaza na stanowiskach pracy metodą płomieniowej absorpcyjnej spektrometrii atomowej

Title (EN)

Air purity protection — Determination of iron oxides at workplaces by flame atomic absorption spectrometry

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Probenahme

   Kalibriere das System für die Probenahme der alveolengängigen Fraktion mit einem Durchflusskalibrator auf den vom Hersteller des Zyklons geforderten Volumenstrom. Leite in der Atembereich des Beschäftigten (Grundsätze der PN-Z-04008-7) bis zu 720 l Luft durch den Filter, der im Kopf des Zyklons angebracht ist. Nimm bei der Bestimmung der einatembaren Fraktion parallel eine Probe mit dem Probenehmer dieser Fraktion.

2. Aufschluss

   Lege den Filter in ein 50-ml-Becherglas, gib 2 ml konzentrierte HNO₃ zu und erhitze auf der Heizplatte (etwa 140 °C) bis zum fast vollständigen Abdampfen zur Trockne; wiederhole dies zweimal mit je 2 ml Säure. Gib nach dem Erkalten 4 ml HNO₃ 1 mol/l zu und lasse etwa 30 min stehen. Überführe quantitativ in 5–6 Portionen HNO₃ 0,1 mol/l in einen 50-ml-Kolben und fülle bis zur Marke auf. Schließe parallel einen reinen Filter auf (Blindprobe).

3. Messlösung

   Überführe in einen 10-ml-Kolben 1 ml der Lösung nach dem Aufschluss, gib 0,5 ml Lanthanchloridlösung zu und fülle mit HNO₃ 0,1 mol/l auf. Ändere bei Konzentrationen außerhalb des Bereichs den Verdünnungsfaktor und behalte dabei die Zugabe des Lanthans bei.

4. Kalibrierkurve

   Stelle am Tag der Analyse die Arbeitslösungen 0,50; 1,50; 5,00; 10,0 und 15,0 µg/ml Fe (je 0,5 ml Lanthanchlorid auf 10 ml) sowie die Nullprobe her. Miss die Extinktion jeder Lösung dreimal bei 248,3 nm in der mageren Luft-Acetylen-Flamme und gleiche das Spektrometer mit HNO₃ 0,1 mol/l auf null ab; erstelle die Kurve oder nutze die automatische Kalibrierung des Gerätes.

5. Messung und Berechnung

   Miss die Extinktion der Messlösung und der Blindprobe unter denselben Bedingungen und lies die Konzentrationen c und c0 aus der Kurve ab. Berechne X = (c − c0)·V1·k/V in mg/m³ (V1 = 50 ml, k = 10, V — Luftvolumen in l).

6. Prüfung der Wirksamkeit des Aufschlusses

   Gib auf sechs Filter je 600 µl der Fe-Lösung 10 mg/ml, trockne sie bis zum nächsten Tag, schließe sie wie die Proben auf und vergleiche sie mit den ohne Aufschluss hergestellten Vergleichslösungen; der Faktor wm = (Cd − Co)/Cp soll 1,00 ± 0,05 betragen — andernfalls ändere die Art des Aufschlusses.

7. Bewertung der Exposition

   Bestimme den Expositionskennwert für die Arbeitsschicht und vergleiche ihn mit dem für die jeweilige Fraktion geltenden Arbeitsplatzgrenzwert (NDS) (5 mg/m³ einatembar, 2,5 mg/m³ alveolengängig).

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Führe alle Arbeiten mit konzentrierter Salpetersäure in Schutzkleidung, mit Schutzbrille und unter einem einwandfrei arbeitenden Abzug aus — beim Heißaufschluss werden Stickoxide frei
• Acetylen: Gasanlage und Brenner nach der Anleitung des Spektrometers; Dichtheitskontrolle, Sicherung gegen Flammenrückschlag
• Sammle die Reste der Reagenzien- und der Standardlösungen in gekennzeichneten Behältern und übergib sie zugelassenen Firmen zur Entsorgung

Häufige Fragen