Ultraspuren auf der Spur

Dr. Roland Haag

Die Anforderungen an die Nachweisstärke und Zuverlässigkeit von chemischen Analysemethoden im Spuren- und Ultraspurenbereich haben sich durch komplexer werdende Industrieprozesse und deren Auswirkungen auf die Umwelt kontinuierlich erhöht. Insbesondere bei Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten, bei denen hoch toxische Substanzen wie Dioxine oder Furane freigesetzt werden können, müssen Anlagenbetreiber und Arbeitgeber besondere Vorkehrungen treffen, um schädliche Gefahrstoffeinwirkungen auf Mensch und Umwelt zu verhindern. Zusätzlich wurden in den vergangenen Jahren die Grenz- bzw. Richtwerte gesenkt. Dies hat die Anforderungen an die Nachweisgrenzen und die Präzision der Bestimmungsmethoden zusätzlich verschärft.

Die Stockholmer Konvention fordert, die Emission von polychlorierten Dibenzodioxinen und Dibenzofuranen (PCDD/F) und weiterer, sogenannter Persistant Organic Pollutants (POP) in die Umwelt durch die Anwendung der besten verfügbaren Techniken zu verhindern oder so weit wie möglich zu verringern. Folglich ist die Weiterentwicklung und Anwendung modernster chemisch-analytischer Verfahren für diese hoch toxischen Sonderverbindungen von zentraler Bedeutung. Das Ziel ist, einen wirksamen Umwelt- und Verbraucherschutz zu gewährleisten. Das bedeutet, dass Anlagenbetreiber u. a. die Vorgaben des Bundesimmissionsschutzgesetzes (BImSchG), der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) und der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) beachten müssen. Die GefStoffV umfasst spezielle technische Regeln für Gefahrstoffe (TRGS), die unter anderem Vorgaben für alle Arbeiten im Umgang mit Dioxinen oder Furanen enthalten (TRGS 557).

Durch die Einbeziehung der Stoffklasse der dioxinähnlichen PCB in die Betrachtung werden die Anforderungen zur Bewertung des gesamten Dioxingehalts bei Produktionsprozessen in der Industrie auch weiterhin steigen. Die DIN EN 1948, Teil 1 bis 4 setzen die Vorgaben zur Bestimmung von Dioxinen bzw. den toxikologisch vergleichbar wirkenden dioxinähnlichen polychlorierten Biphenylen (PCB) in Abgasen von Verbrennungsanlagen fest. Die Normen sind überarbeitet worden, und in den Neufassungen vom Juni 2006 bzw. Oktober 2007 wurden die Vorgaben an die Nachweisstärke der analytischen Verfahren und zur Qualitätssicherung nochmals erhöht.

Stoffe, die mit einem hohen Risiko für die Gesundheit behaftet sind, sind die sogenannten polychlorierten Dibenzo-p-dioxin- und Dibenzofuran-Verbindungen (PCDD/F), die zusammenfassend als Dioxine bezeichnet werden. Die Stoffgruppe besteht aus 75 polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen (PCDD) und 135 polychlorierten Dibenzofuranen (PCDF). Das toxischste Dioxin ist das 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin (2,3,7,8-TCDD). Neben den tetrachlorierten Verbindungen sind auch höher chlorierte Dioxine bzw. Furane relevant. Die prominenteste Furan-Verbindung ist 2,3,7,8-Tetrachlordibenzofuran (2,3,7,8-TCDF).

Dioxine liegen immer als Gemisch von 210 Einzelverbindungen (Kongenere) mit unterschiedlicher Zusammensetzung vor. Sie gelangen mit Industrieprodukten oder mit den Abfällen bzw. Abgasen und Abwässern in die Umwelt und in die Nahrungskette. Chemisch verwandt und toxikologisch ähnlich wirksam sind die sogenannten dioxinähnlichen polychlorierten Biphenyle (PCB).

Das chemisch-analytische Labor von TÜV Süd Industrie Service unterstützt beispielsweise Betreiber von thermischen Anlagen bei der Analyse von Sonderverbindungen, toxischen Stoffen und Stoffgruppen in Emissions- und Materialproben. Das Labor mit Sitz in Donzdorf ist zusammen mit den Laboratorien in München, Dresden und Eschborn/Ts von der Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM)/Deutsches Akkreditierungssystem Prüfwesen (DAP) für eine Vielzahl von Untersuchungsparametern nach DIN EN ISO 17025:2005 (DAP-PL-2884.99) akkreditiert.

In den vergangenen 15 Jahren hat TÜV Süd Industrie Service über 20 000 Umweltproben auf Dioxine und weitere organische Spurenstoffe wie z. B. PCB, PAK, Chlorbenzole und Chlorphenole untersucht und mehr als 50 erfolgreiche Ringversuche in diesem Bereich durchgeführt. Mit dem hochauflösenden Gaschromatografie/Massenspektrometer-System (HRGC/HRMS) ist die Dioxinanalytik nach DIN EN 1948 (1-3) durchführbar. Darüber hinaus ist auch die Bestimmung der dioxinähnlichen polychlorierten Biphenyle (PCB) nach DIN CEN/TS 1948-4 nach derselben Methodik möglich. Zudem lassen sich schwer abbaubare Persistant Organic Pollutants (POP), die nach der Stockholmer Konvention von 2004 im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Betrachtung stehen, im Ultraspurenbereich zuverlässig analysieren und quantifizieren.

TÜV Süd unterstützt Unternehmen bei der Überprüfung der Einhaltung von gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerten und begleitet Anlagenoptimierungen, wenn diese aufgrund der erhobenen Messwerte nötig werden. Neben regelmäßigen Pflichtmessungen, die der Gesetzgeber nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz fordert, können auch Garantie- und Abnahmemessungen nach der Installation neuer Anlagen oder neuer Abgasreinigungssysteme durchgeführt werden.

Mit dem hochauflösenden Gaschromatografie/Massenspektrometer-System sind Express- und Eilanalysen innerhalb von ein bis zwei Tagen möglich, z. B. für eine schnelle und sichere Erfassung der Sachlage nach Brandfällen. Darüber hinaus liegen umfangreiche Datensammlungen aus Studien vor, die TÜV Süd zur Beurteilung von Hintergrund- oder punktuellen Belastungen der Umwelt heranzieht. So können Gefahren im Bereich Immission durch die Untersuchung von Schwebstaub- oder Staubniederschlagsproben bzw. anhand von Biomonitoring-Studien abgeschätzt und eingestuft werden.

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Der TÜV Süd übernimmt die Auftragsanalytik für die hochtoxischen Sonderverbindungen:

Die Matrizes, in denen die Sonderverbindungen analysiert werden, umfassen:

Zusätzlich werden Untersuchungen von Innenraumschadstoffen, wie PCB, PAK und Holzschutzmittel in Raumluft, Hausstaub und Materialproben durchgeführt.

Leistungen des TÜV Süd im Bereich Analytik