DGUV Information 213-582 - Verfahren zur Bestimmung von Quarz und Cristobalit Vo...

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Abschnitt 5.4, 5.4 Querempfindlichkeiten
Abschnitt 5.4
Verfahren zur Bestimmung von Quarz und Cristobalit Von den Unfallversicherungsträgern anerkannte Messverfahren zur Feststellung der Konzentrationen krebserzeugender, keimzellmutagener oder reproduktionstoxischer Stoffe in der Luft in Arbeitsbereichen (DGUV Information 213-582)
Titel: Verfahren zur Bestimmung von Quarz und Cristobalit Von den Unfallversicherungsträgern anerkannte Messverfahren zur Feststellung der Konzentrationen krebserzeugender, keimzellmutagener oder reproduktionstoxischer Stoffe in der Luft in Arbeitsbereichen (DGUV Information 213-582)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 213-582
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 5.4 – 5.4 Querempfindlichkeiten

Zur Identifikation von Querempfindlichkeiten durch andere Minerale bei der quantitativen Auswertung eines IR-Spektrums ist es zunächst empfehlenswert, eine qualitative Interpretation durchzuführen. So werden durch die Aufnahme des gesamten IR-Spektrums im Bereich der Wellenzahlen von 4000 cm-1 bis 350 cm-1 fast immer auch Hinweise auf die Existenz anderer Bestandteile neben Quarz bzw. Cristobalit erhalten. Spektren einiger möglicherweise störender Phasen sind im Anhang dargestellt. Darüber hinaus können zusätzliche Informationen, wie z. B. Angaben zur Herkunft der Probe (Arbeitsbereich), eine zielgerichtete Suche nach in der Probe enthaltenen Komponenten wesentlich erleichtern. Insgesamt gibt die qualitative Interpretation so Aufschluss darüber, wie mögliche Querempfindlichkeiten eliminiert oder berücksichtigt werden können.

Liegen Querempfindlichkeiten durch Carbonate, bestimmte Oxide und andere salzsäurelösliche Verbindungen vor, lassen sich diese wie folgt eliminieren:

  • Lösen des KBr-Presslings in 40 ml konzentrierter Salzsäure bei Siedehitze über 30 Minuten

  • Versetzen mit 50 ml Wasser, Behandlung mit Ultraschall über 10 Minuten

  • Filtration durch einen 0,45 µm Cellulosenitrat-Membranfilter

  • Veraschung des Membranfilters

  • Anfertigen eines neuen KBr-Presslings

  • erneute Messung

Störungen der Auswertebande von Quarz

Für die Quarzanalyse mit Partikelgrößenkorrektur nach Abschnitt 4.3 wurden an synthetischen Mischproben aus Quarz-A-Staub und anderen Mineralen für die in Tabelle 3 zusammengestellten Mischungen Querempfindlichkeiten festgestellt, die für Quarz eine Abweichung der Wiederfindung von mehr als 10 % ergeben.

Die größten Störungen liegen bei Albit, Orthoklas, Mikroklin und Sillimanit vor. Cristobalit zeigt ab ca. 50 % Anteil in Mischung mit Quarz eine starke Querempfindlichkeit. Die genannten Störungen sind kaum durch eine gezielte Probenvorbehandlung zu eliminieren. Eine alternative Quantifizierung des Quarzgehaltes kann in Einzelfällen die Integration der Quarzbande bei 695 cm-1 liefern (geringer Partikelgrößeneinfluss) oder die Spektrensubtraktion gemäß Abschnitt 4.2; im Regelfall sollte ergänzend eine röntgendiffraktometrische Analyse erfolgen.

Tabelle 3
Relevante Querempfindlichkeiten bei der Bestimmung von Quarz im Bereich der Doppelbande bei 798 und 779 cm-1 gemäß dem Auswerteverfahren nach Abschnitt 4.3 durch andere Mineralphasen

Mineral Mineralanteil in Mischung
[%]
Wiederfindung Quarz
[%]
Orthoklas17
38
50
110
137
150
Mikroklin19
37
53
106
117
137
Albit17
37
52
85
75
59
Sillimanit21
38
49
80
59
44
Cristobalit49
66
90
39

Bei folgenden Mischungen aus Quarz und anderen Mineralen blieb der Einfluss auf die Wiederfindung bei unter 10 %: Oligoklas, Bytownit, Kaolinit, Portlandzement, Montmorillonit, Labradorit, Talk, Schamotte, Fällungskieselsäure (amorph), Volclay (Natrium-Bentonit).

Störungen der Auswertebande von Cristobalit

Bedingt durch die vielen Querempfindlichkeiten ist das infrarotspektroskopische Verfahren der Cristobalit-Bestimmung eher für Arbeitsplätze geeignet, an denen keine die Cristobalit-IR-Analyse störenden Stoffe auftreten. Im Zweifelsfall sollte eine zusätzliche röntgendiffraktometrische Analyse, gegebenenfalls nach Rückgewinnung des Staubes durch Auflösung der KBr-Tablette, erfolgen.

Querempfindlichkeiten der Cristobalit-Analyse mit Partikelgrößenkorrektur nach Abschnitt 4.3

In einer zusätzlichen Probenbehandlung mittels Salzsäure können Störungen durch bestimmte Minerale entweder fast oder ganz eliminiert werden (Vorgehensweise siehe Abschnitt 5.4). Dies trifft z. B. auf Carbonate (Calcit, Dolomit, Magnesit), Oxide (Hämatit), Silikate (Wollastonit, Nephelin) und Sulfate (Anhydrit, Baryt) zu.

Eine Auflistung potenziell störender Minerale gibt Tabelle 4 wieder.

Tabelle 4
In Stäuben vorkommende Minerale, die zu Querempfindlichkeiten bei der Cristobalit-Bestimmung führen können

Bezeichnung Störungen [cm 1 ] der Cristobalit-Bande bei
621 cm -1 794,6 cm -1
Quarz-798; 779
Amorphe Kieselsäure-ca. 820 - 720
Hämatit552; 596-
Korund607; 642797
Albit646; 587; 534787; 761; 744; 724
Orthoklas583; 605; 649772; 729
Mikroklin585; 646772; 729
Sanidin545; 586; 638780; 725
Wollastonit681; 645; 567965; 930; 903
Sillimanit573; 635; 690889; 818; 750
Talk535; 670; 691-
Kaolin
(geglüht bei 550 C)
-breite Bande 950 - 700
Biotit680730
Phlogopit692816; 732
Anhydrit595; 613; 677-
Baryt610; 639-
Calcit-876; 712

Vorgehensweise bei der Auswertung der Bande bei 621,5 cm -1

Korund, Orthoklas, Mikroklin, Sanidin und Sillimanit stören auch schon bei kleinen Gehalten; in der Regel müssen solche Proben röntgendiffraktometrisch analysiert werden.

Amorphe Kieselsäure und geglühter Kaolin (Metakaolinit) stören die Analyse nicht. Quarz stört nur, wenn eine hohe Quarzkonzentration neben einer niedrigen Cristobalit-Konzentration auftritt. Störungen durch Talk, Biotit und Phlogopit können durch Anwendung des Auswertungsmodells 630 - 610 cm-1 minimiert werden (siehe Abschnitt 4.3 zu Cristobalit). Anhydrit, Calcit und Baryt stören nach der in Abschnitt 5.4 angegebenen Salzsäurebehandlung nicht. Das Entfernen von Baryt erfordert aber bei größeren Anteilen im Staubgemisch größere Salzsäuremengen und eine längere Behandlungsdauer.

Störungen durch Wollastonit lassen sich durch Salzsäurevorbehandlung vermeiden (Nachteil: eventuell Bildung amorpher Kieselsäure).

Weitere Hinweise zur Minimierung von Störungen im Flankenbereich der Auswertebanden finden sich in [7].