DGUV Information 213-853 - Nanomaterialien im Labor Hilfestellungen für den Umga...

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Abschnitt 2.1, Schutzmaßnahmen Inhaltive Exposition
Abschnitt 2.1
Nanomaterialien im Labor Hilfestellungen für den Umgang (DGUV Information 213-853)
Titel: Nanomaterialien im Labor Hilfestellungen für den Umgang (DGUV Information 213-853)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 213-853
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 2.1 – Schutzmaßnahmen
Inhaltive Exposition

Lüftungstechnische Maßnahmen

Die Verwendung von genormten und geprüften Laborabzügen ist hier eine wirksame Schutzmaßnahme, bei sehr gefährlichen Nanomaterialien (z. B. solche, die aus sehr giftigen Stoffen bestehen, oder selbstentzündliche) können auch Gloveboxen, Glovebags oder geschlossene Apparaturen eingesetzt werden. Beim Arbeiten im Abzug ist das (weitgehende) Schließen des Frontschiebers obligatorisch, Verstaubung kann verhindert werden, wenn Nanomaterialien nicht trocken, sondern in feuchtem Zustand (Suspensionen, kolloidale Lösungen, Pasten) eingesetzt werden können. Auch eine Einbindung in Matrices (Granulate, Compounds) ist hilfreich. Müssen trockene, nicht eingebundene Nanomaterialien eingesetzt werden, so sollte möglichst wenig mechanische Energie eingetragen werden, da es dadurch häufig wieder zu einem Aufbruch von Agglomeraten kommen kann und freie Nanoobjekte in die Luft gelangen. Absaugmaßnahmen mit zu hohen Strömungsgeschwindigkeiten können dazu führen, dass merkliche Anteile (nicht nur nanoskalige, sondern auch größere Objekte) mit dem Luftstrom fortgetragen werden. So ist es nicht zu empfehlen, in Abzügen in der Nähe des geöffneten Frontschiebers zu arbeiten. Steht dieser offen, so werden durch kleine Luftbewegungen möglicherweise schon Partikel herausgetragen, ist dieser (weitgehend) geschlossen, so herrschen in der Nähe des Spaltes am Frontschieber hohe Einströmgeschwindigkeiten, die zu einem Mitreißen von Partikeln führen können. Untersuchungen an Abzügen in den USA zeigten ein gewisses Ausbruchsverhalten von Nanoobjekten, Ergebnisse in der Bundesrepublik (an einem Abzug nach DIN 12924-1) mit verschiedenen Nanomaterialien konnten dies nicht bestätigen, hier war ein hohes Rückhaltevermögen zu beobachten. Abzüge besitzen in der Regel geteilte Frontschieber, die es ermöglichen, erforderlichenfalls von der Seite einzugreifen. Das Rückhaltevermögen ist dadurch höher, als wenn der gesamte Frontschieber hochgeschoben wird (Abbildung 3).

Abb. 3 Abzug mit Arbeiten durch Frontschieber

Große Apparaturen

Große Apparaturen - wie etwa Rohröfen für die Herstellung - sollten möglichst nicht im Abzug betrieben werden, da diese die Luftführung stören. Werden diese neben dem Abzug aufgebaut, so kann das Reaktionsrohr durch die Abzugswand in diesen hinein gelegt werden, so dass eine Entnahme im Abzug möglich ist. Müssen solche Apparate dennoch im Abzug aufgebaut werden, so muss auf einen ausreichenden Abstand zu den inneren Oberflächen des Abzugs geachtet werden, um die Luftströmungen möglichst wenig zu beeinträchtigen. Insbesondere zur Arbeitsfläche hin ist dazu ein Abstand von mindestens 5 cm erforderlich (Abbildung 5).

Müssen größere Apparaturen im Abzug betrieben werden, so gibt die Untersuchung der Strömungsverhältnisse mit einem Rauchröhrchen oder einem Nebelgenerator wertvolle Hinweise auf mögliche Störungen oder gar Austritte aus dem Abzug. Für diese Untersuchungen haben sich handgehaltene (akkubetriebene) Klein-Nebelgeneratoren bewährt (Abbildung 4).

Geschlossene Apparaturen

Nanomaterialien, die zum Verstauben neigen, sollten nach Möglichkeit in geschlossenen Apparaturen gehandhabt werden, wenn diese nicht sicher im Abzug zu handhaben sind. Solche Arbeitstechniken ähneln denen, die bei der Handhabung luft- oder feuchtigkeitsempfindlicher Verbindungen im Labor üblich sind. So können pulverförmige Nanomaterialien mit Hilfe von Glasbögen ohne jeden Austritt umgefüllt werden (Abbildung 6). Mit einem speziellen Hosenstück kann auch mit einem (Glas-)Spatel dosiert werden (Abbildung 7). Eine (portionsweise oder auch quasikontinuierliche) Zugabe zu einer Apparatur ist mit Hilfe von Einwurfbirnen oder - besonders elegant - handbetätigten (Abbildung 8) oder automatischen (Abbildung 9) Pulverdosiertrichtern möglich. Ein- und Auswägevorgänge können in den entsprechenden Teilen der Apparatur im Abzug, der Wägekabine oder in der Glovebox erfolgen, so dass auch hierbei keine Exposition vorkommt. Die Mahlbecher einer Mühle können geschlossen herausgenommen und transportiert werden, um erst im Abzug oder in der Glovebox den Inhalt zu entnehmen (Abbildung 10). Versprühen von Partikeln kann durch die Verhinderung elektrostatischer Aufladungen bekämpft werden (Abbildung 11).

Abb. 4 Handgehaltener Nebelgenerator mit Akku

Abb. 5 Ofen auf Distanzstücken - die Apparatur ist mit einer Spüllanze ausgestattet

Abb. 6 Transferbogen für Pulver, geschützt vor Luftströmungen (wenn erforderlich, kann Inertgas - bevorzugt Ar - benutzt werden, um das Pulver gegen Feuchtigkeit und Luft zu schützen)

Abb. 7 Überführung mit einem Glasspatel, geschützt vor Luftströmungen (wenn erforderlich, kann Inertgas - bevorzugt Ar - benutzt werden, um das Pulver gegen Feuchtigkeit und Luft zu schützen)

Das pulverförmige Material kann in die Apparaturen in Abbildung 8 und Abbildung 9 zugegeben werden, ohne diese öffnen zu müssen. Der Pulverdosiertrichter kann unter dem Abzug befüllt und dort auch gereinigt werden.

Abb. 8 Handbetätigter Pulverdosiertrichter auf einem Dreihalskolben

Abb. 9 Automatischer Pulverdosiertrichter für die gleichmäßige Zudosierung über längere Zeiträume

Abb. 10 Pulvermühle mit geschlossenem Mahlbecher

Abb. 11 Waage mit elektrostatischer Entladungseinrichtung (U-Elektrode)

Gekapselte Dosiersysteme (automatische Waagen) eignen sich gut für rasche und expositionsarme Wägungen (Abbildung 12).

Abb. 12 Analysenwaage mit Kapselung und automatischer Dosiereinrichtung

Abb. 13 Glovebox mit Schleusensystem

Abb. 14 Glovebag mit Verschlussclip der Beschickungsöffnung

Ein hohes Schutzniveau wird auch durch Arbeiten in einer Glovebox (Abbildung 13) erreicht, ersatzweise auch in einem Glovebag (Abbildung 14), der anschließend auch kontaminationsfrei entsorgt werden kann. Die Glovebox bietet zusätzlich bei Bedarf auch einen besonders guten Schutz gegen Einflüsse aus der Luft auf das Nanomaterial (Hydrolyse, Oxidation, gegebenenfalls Selbstentzündung) durch eine besonders saubere Inertgasatomosphäre. Auch ein Glovebag kann inertisiert werden, ist aber weniger dicht gegen eindringende Luftspuren.

Reinigung von Apparaturen

Muss die Apparatur z. B. zur Reinigung zerlegt werden, so sollte diese vorher gut ausgespült werden, bevor der Inhalt der Apparatur in die Laborluft gelangt. Dies ist leicht zu bewerkstelligen, wenn beim Aufbau der Apparatur bereits daran gedacht wird, entsprechende (absperrbare) Anschlüsse für Spülleitungen vorzusehen (Abbildung 5). Dies können neben gegebenenfalls notwendigen Anschlüssen für Inertgase auch solche für den Zu- und Ablauf von Reinigungsflüssigkeiten sein, meist wird hier Wasser genügen. Der Ablauf kann dann in einem Gebinde als Abfall aufgefangen werden. Beim Aufbau ist darauf zu achten, dass die Spülflüssigkeit auch alle Teile der Apparatur, in denen sich Nanomaterialien befinden können, erreichen kann. Die Apparatur sollte dabei nicht bei erhöhten Temperaturen gespült werden, um einen Druckaufbau durch Verdampfen der Spülflüssigkeit oder Spannungsbrüche zu vermeiden. Gefährliche Reaktionen des Inhaltes der Apparatur mit der Spülflüssigkeit müssen ebenfalls ausgeschlossen werden, daher wird Wasser nicht in allen Fällen einsetzbar sein.

Probleme bei der Lüftung

Sollen Geräte zur Expositionsminderung abgesaugt werden, so kann dies auch mit einer Einhausung erfolgen oder durch eine Absaugung an der Entstehungsstelle von Emissionen. Dabei muss darauf geachtet werden, dass eine möglichst vollständige Erfassung gelingt und die Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Absaugung nicht zu groß werden, so dass keine Wirbelbildungen auftreten und zudem keine leicht bewegliche Fraktionen an Nanomaterialien im Luftstrom fortgerissen werden. Eine fachkundige Gestaltung der Absaugöffnungen ist erforderlich, das einfache Platzieren eines Absaugschlauches in der Nähe der Emissionsstelle wird in der Regel nur wenig oder sogar einen negativen Effekt haben. Auch in Laborabzügen sollten die Einströmgeschwindigkeiten aus diesen beiden Gründen nicht zu hoch gewählt werden, die eingestellten Werte für den Abluftvolumenstrom (als Ergebnis der Baumusterprüfung) sollten nicht aus vermeintlichen Sicherheitsgründen beliebig gesteigert werden. Mitgerissene Nanoobjekte können sich in den Ablufteinrichtungen niederschlagen (im Plenum hinter der Prallwand der Abzüge oder in Abluftkanälen, besonders in Bögen und Ecken), bei Wartungsarbeiten ist hier an den Schutz der dort arbeitenden Personen und an eine Kontamination der Umgebung zu denken.

Wegen der ständig in Abzügen vorhandenen Luftströmungen kann es bei abgelagerten Nanomaterialien zu einer permanenten Freisetzung von freien Nanoobjekten kommen, auch ohne dass diese im Augenblick gehandhabt würden. Kontaminationen auf Tischen im Bereich von Strömungen können diesen Effekt auch aufweisen und Nanoobjekte in die Laboratmosphäre abgeben. Staubablagerungen sind daher zu vermeiden.

Müssen tatsächlich Nanoobjekte im Raum freigesetzt werden, so ist Atemschutz zu tragen. Hier sind Partikelfilter der Klasse P2 oder P3 wirksam. Bei einer Freisetzung im Raum muss natürlich auch die Kontamination des Raumes bedacht werden.

Werden Nanomaterialien in Lösung oder Suspension eingesetzt, so sollen diese nach einem Verschütten aufgenommen werden, bevor sie eintrocknen und möglicherweise in die Luft gelangen.

Nanomaterialien der Gruppe IV sind in der Beurteilung ihrer Toxizität schwierig. Solange nicht für ein solches Nanomaterial nachgewiesen ist, dass dessen Fasern nicht dem WHO-Faserkriterium entsprechen, sind asbestartige Wirkungen nicht auszuschließen. Eine entsprechende Minimierung durch die Schutzmaßnahmen und Sorgfalt beim Arbeiten ist erforderlich. Ein offener Umgang im Labor ist grundsätzlich nicht möglich. Eine Kontamination des Raumes wird hierzu besonders aufwändigen Reinigungsmaßnahmen führen. Diese sind vorher festzulegen. Insbesondere starre Fasern erfordern hohe Aufmerksamkeit. Auch für Materialien der Gruppe II ist ein entsprechend sorgfältiger und expositionsminimierter Umgang erforderlich. Die Verwendung von Abzügen, Gloveboxen, geschlossenen Apparaturen oder vergleichbar sicheren Einrichtungen ist erforderlich. Eine Prüfung der Strömungsverhältnisse im Abzug und gegebenenfalls vor dem Abzug mit einem Rauchröhrchen oder Nebelgenerator ist zu empfehlen, da Störströmungen im Raum beim geöffneten Abzug dazu führen können, dass Austritte von Atmosphäre aus dem Abzugsinneren in den Laborraum erfolgen.

Von Nanomaterialien der Gruppe I kann ein nur geringes bis gar nicht vorhandenes Potential der toxischen Gefährdung angenommen werden, sofern der Stoff an sich nicht toxische Eigenschaften aufweist. Zu bedenken ist jedoch, dass, auch wenn diese offen gehandhabt werden könnten, weil die Konzentrationsgrenze des Beurteilungsmaßstabs nicht erreicht wird, eine Restunsicherheit bezüglich der Wirkung bei nicht ausreichend untersuchten Materialien besteht. Die Einteilung umfasst nur die toxischen Wirkungen, andere, insbesondere Brand- und Explosionsgefahren, werden davon nicht erfasst. Selbst bei für den Menschen nachgewiesenermaßen harmlosen Materialien ist jedoch immer eine Kontamination des Raumes möglich, welche die Versuchs- oder Messergebnisse, beispielsweise durch die Blindwerte, beeinträchtigen kann.

Nanomaterialien der Gruppe III sollten so gehandhabt werden, dass eine Exposition möglichst gering gehalten wird. Als Beurteilungsmaßstab empfiehlt die BekGS 527, den halben AGW (bezogen auf den aktuell gültigen rechtsverbindlichen Arbeitsplatzgrenzwert für die A-Staubfraktion gemäß TRGS 900) heranzuziehen. Der Beurteilungsmaßstab soll 0,5 mg/m3 (bei einer Dichte von 2,5 g/cm3) nicht überschreiten.