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BGI 505-9 / DGUV Information 213-509 - Verfahren zur Bestimmung von 2-Naphthylamin
Von den Unfallversicherungsträgern anerkannte Analysenverfahren zur Feststellung der Konzentrationen krebserzeugender Arbeitsstoffe in der Luft in Arbeitsbereichen
Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) Information
(bisher ZH 1/120.9)
(Ausgabe 12/1983 aufgehoben)
Erprobte und von den Berufsgenossenschaften anerkannte, diskontinuierliche Verfahren zur Bestimmung von 2-Naphthylamin in Arbeitsbereichen.
Es sind personenbezogene oder ortsfeste Probenahmen für Messungen zur Beurteilung von Arbeitsbereichen möglich:
1. Probenahme mit Pumpe und Absorption in Schwefelsäure, Dünnschichtchromatographie;
2. Probenahme mit Pumpe und Absorption an imprägniertem Silicagel, Gaschromatographie nach Elution.
Für die Suche nach Undichtigkeiten in Anlagen oder für Kontrollmessungen bei Reinigungs- und Reparaturarbeiten sowie zur Orientierung kann die Probenahme auch mit Hilfe einer evakuierten Gaspipette vorgenommen werden.
1 Probenahme mit Absorption in Waschflaschen und dünnschichtchromatographische Bestimmung
Messprinzip: | Mit Hilfe einer Pumpe wird ein definiertes Luftvolumen durch Waschflaschen gesaugt, die mit verdünnter Schwefelsäure beschickt sind. Das absorbierte 2-Naphthylamin wird in die freie Base überführt, mit Toluol extrahiert und dünnschichtchromatographisch bestimmt. |
Technische Daten | |
Nachweisgrenze: | absolut: 30 ng 2-Naphthylamin,
relativ: 0,1 mg/m3 0,02 ml/m3 (ppm) an 2-Naphthylamin für 60 l Probeluft. |
Spezifität: | Die Spezifität ist in jedem Einzelfall zu prüfen. Störungen ergeben sich durch Substanzen, die einen ähnlichen Rf-Wert wie 2-Naphthylamin haben und zu einer ähnlichen Färbung führen. |
Vorteile: | Spezifische Messung möglich, geringer apparativer Aufwand. |
Nachteile: | Keine Anzeige von Konzentrationsspitzen, hoher Zeitaufwand. |
Apparativer Aufwand: | Probenahmeeinrichtung, bestehend aus zwei Waschflaschen (oder Impinger), Pumpe, Gasmengenzähler oder Volumenstromanzeiger; Grundausrüstung für die Dünnschichtchromatographie; High Performance Thin Layer Chromatography-(HPTLC)-Fertigplatten. |
Ausführliche Verfahrensbeschreibung
1 Zusammenfassung
Mit diesem Verfahren wird die über die Probenahmedauer gemittelte Konzentration von 2-Naphthylamin im Arbeitsbereich ortsfest bestimmt.
Mit Hilfe einer Pumpe wird ein definiertes Luftvolumen durch mit verdünnter Schwefelsäure beschickte Waschflaschen oder Impinger gesaugt. Hierdurch wird 2-Naphthylamin als Sulfat gebunden. Die Absorptionslösung wird durch Zugabe von festem Natriumhydroxid stark alkalisch gestellt und das freigesetzte Amin mit Toluol extrahiert. Die Bestimmung des 2-Naphthylamins erfolgt dünnschichtchromatographisch.
Die absolute Nachweisgrenze beträgt 30 ng 2-Naphthylamin.
Die relative Nachweisgrenze beträgt 0,1 mg/m3 0,02 ml/m3 an 2-Naphthylamin für 60 l Probeluft.
Unter optimierten Bedingungen an reinen 2-Naphthylamin-Kalibrierlösungen können noch 10 ng absolut nachgewiesen werden.
Die relative Nachweisgrenze beträgt unter optimierten Bedingungen 0,035 mg/m3 0,006 ml/m3 (ppm) an 2-Naphthylamin für 60 l Probeluft.
Für die Suche nach Undichtigkeiten in Anlagen oder für Reinigungs- und Reparaturarbeiten sowie zur Orientierung kann die Probenahme auch mit Hilfe einer evakuierten Gaspipette vorgenommen werden. Diese wird mit verdünnter Schwefelsäure ausgeschüttelt. Anschließend wird weiter - wie schon beschrieben - verfahren.
2 Geräte, Chemikalien und Lösungen
2.1 Geräte
Für die Probenahme: | |
Ansaugsonde: | Aus Glas oder Edelstahl, falls aus räumlichen Gründen erforderlich, |
Absorptionsgefäße: | |
Waschflaschen oder Midget Impinger, | |
Tropfenabscheider, Pumpe, Gasmengenzähler oder Volumenstromanzeiger, Material für Verbindungsleitungen: | |
Geräteglas, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyethylen; Gummileitungen dürfen nicht verwendet werden. | |
Für die Probenaufbereitung und analytische Bestimmung: 25 ml-Schüttelzylinder, 100 ml-Messkolben, 10 µl-Pipette, 25 ml-Bürette, Grundausrüstung für die Dünnschichtchromatographie, High Performance Thin Layer Chromatography-(HPTLC)-Fertigplatte. |
2.2 Chemikalien und Lösungen
Absorptionslösung: | Schwefelsäure p.a., c (H2SO4) = 0,5 mol/l, |
Natriumhydroxid p a., Toluol p.a. Ligroin (80 °C ... 110 °C) p.a., Essigsäurebutylester p.a., Essigsäure p.a., 100 %, Schwefelsäure p.a., konz., Ammoniumchlorid p.a., Salzsäure p.a., konz., Natriumnitrit p.a., | |
N-[ Naphthyl-(1)]ethylendiammoniumdichlorid p.a.; Sprühlösung 0,5 %: | |
0,5 g N-[ Naphthyl-(1)]ethylendiammoniumdichlorid wird in 100 ml Wasser und zwei Tropfen konz. Salzsäure gelöst. | |
2-Naphthylamin-Stammlösung: | |
10 mg 2-Naphthylamin werden mit Toluol auf 100 ml aufgefüllt. | |
Vergleichslösungen: | |
Aus einer 25 ml-Bürette werden 3,0; 5,0; 10,0; 15,0 und 20,0 ml der 2- Naphthylamin-Stammlösung in fünf 100 ml-Messkolben gegeben.
Alle Messkolben werden mit Toluol auf 100 ml aufgefüllt.
Die Lösungen enthalten 3; 5; 10; 15; 20 µg/ml und die Stammlösung 100 µg/ml an 2-Naphthylamin. |
3 Probenahme
Der Aufbau der Probenahmeeinrichtung ist in Abbildung 1 dargestellt.
Zur Probenahme werden je 10 ml Absorptionslösung in zwei Absorptionsgefäße eingefüllt und diese gemäß Abbildung 1 in die Probenahmeeinrichtung eingesetzt. Der Volumenstrom wird auf ca. 2 l/min eingestellt und 30 Minuten lang Probeluft durchgesaugt. Unter diesen Bedingungen wird 2-Naphthylamin praktisch quantitativ absorbiert.
Abb. 1: Probenahmeeinrichtung
1 | Ansaugsonde |
2 | Absorptionsgefäße |
3 | Tropfenabscheider |
4 | Pumpe |
5 | Gasmengenzähler |
4 Probenaufbereitung
Der Inhalt der beiden Absorptionsgefäße wird in einem 25 ml-Schüttelzylinder vereinigt. Verwendet man eine Sonde, muss diese mit Absorptionslösung gespült werden.
Die Absorptionslösung wird unter Kühlung mit Natriumhydroxid gesättigt (pro 5 ml Lösung 7 g Natriumhydroxid zusetzen) und mit 2 ml Toluol extrahiert.
Die Toluolphase (Probelösung) wird dünnschichtchromatographisch untersucht.
5 Analytische Bestimmung
5.1 Dünnschichtchromatographische Bedingungen
Schicht: | HPTLC-Fertigplatte, |
Laufmittel: | Ligroin/ Essigsäurebutylester/ Essigsäure, Volumenverhältnis 60:30:5, |
Laufweg: | aufsteigend, ca. 8 cm, |
Laufzeit: | ca. 15 min, |
Temperatur: | ca. 20 °C, |
Aufzutragende Volumina: | je 10 µl Probelösung und Vergleichslösungen |
5.2 Durchführung der chromatographischen Bestimmung
Nach der chromatographischen Trennung trocknet man die DC-Platte mit Warmluft und stellt sie in einen Trog mit Chlorwasserstoff (aus konz. Schwefelsäure und Ammoniumchlorid). Nach einer Verweilzeit von ca. 5 Minuten wird die Platte zur Diazotierung in einem anderen Trog nitrosen Gasen (aus konz. Salzsäure und Natriumnitrit) ausgesetzt. Nach Entfernen der überschüssigen nitrosen Gase mit einem Luftstrom von Raumtemperatur wird die Platte mit der Sprühlösung bis zur Transparenz besprüht. Bei dieser Reaktion (Kupplung) entstehen blauviolette Azofarbstoff-Flecke.
5.3 Auswertung durch Vergleich der Farbflecke
Zur Auswertung der Dünnschichtchromatogramme werden die Intensitäten der Farbflecke aus der Probelösung mit denen aus den Vergleichslösungen verglichen. Zwischenwerte können geschätzt werden.
Das Ergebnis ist die Konzentration X der Toluolphase an 2-Naphthylamin in µg/ml.
Die Anwendung eines optischen DC-Auswertegerätes mit variabler Wellenlänge ist auch möglich. Auf Messfehler durch Verunreinigungen der Luft ist hier besonders zu achten.
6 Berechnen des Analysenergebnisses
Die 2-Naphthylamin-Konzentration in der Probeluft Ca errechnet sich in mg/m3 nach der Gleichung
Ca = 33,3 * X
für die in der Vorschrift angegebenen Volumina
Probeluft: 60 l,
Toluolphase (Probelösung): 2 ml,
auf die DC-Platte aufgegebene Vergleichslösungen und Probelösung: je 10 µl.
Müssen die genannten Volumina geändert werden, so gilt die Gleichung
Es bedeuten:
Ca | = Massenkonzentration von 2-Naphthylamin in der Probeluft in mg/m3, |
X | = 2-Naphthylamin-Konzentration der Toluolphase nach Abschnitt 5.3 in µg/ml, |
VT | = Volumen der Toluolphase in ml, |
V | = Probeluftvolumen in l, |
V1 | = Volumen der aufgegebenen Vergleichslösung in µl, |
V2 | = Volumen der aufgegebenen Probelösung in µl. |
7 Beurteilung des Verfahrens
7.1 Präzision
Die relative Standardabweichung beträgt für die Vergleichbarkeit der DC-Bestimmung ± 25 %.
7.2 Nachweisgrenze
Die absolute Nachweisgrenze für das Gesamtverfahren beträgt 30 ng 2-Naphthylamin für HPTLC-Fertigplatte.
Die relative Nachweisgrenze für das Gesamtverfahren beträgt 0,1 mg/m3 0,02 ml/m3 an 2-Naphthylamin für 60 l Probeluft, 2 ml Toluolphase, 10 µl auf die DC-Platte aufgegebene Probelösung.
Unter optimierten Bedingungen beträgt die Nachweisgrenze
absolut: 10 ng 2-Naphthylamin,
relativ: 0,035 mg/m3 0,006 ml/m3 (ppm) an 2-Naphthylamin für 60 l Probeluft.
7.3 Spezifität
Die Spezifität ist in jedem Einzelfall zu prüfen. Störungen ergeben sich nur aus Substanzen, die einen vergleichbaren Rf Wert wie 2-Naphthylamin haben und zu einer ähnlichen Färbung führen. 2-Naphthylamin wird getrennt von 1-Naphthylamin ausgewiesen.
8 Grundsätzliches zum Verfahren
Das beschriebene Verfahren ist für die Bestimmung von 2-Naphthylamin zwischen 0,1 und 0,7 mg/m3 ausgelegt (60 l Probeluftvolumen, 2 ml Toluolphase, die zwischen 6 und 40 µg 2-Naphthylamin enthalten kann, 10 µl auf die DC-Platte aufgegebene Probelösung).
9 Hersteller
Pumpe: | z.B. Bendix Super Sampler B DX 44 Pumpe, Firma Bendix, Vertrieb in Deutschland: Umwelt- und Prozeßkontroll GmbH (UPK), Bad Nauheim, Personal Air Sampler P 4000, Flow Airsampler Stabilized L 2S F, KNS-Neuberger GmbH, Freiburg Munzingen, "Reziprotor-Pumpe" 506 R, |
Midget Impinger Part. No. 7202: | |
z.B. Firma Bendix, Vertrieb in Deutschland: Umwelt- und Prozeßkontroll GmbH (UPK), Bad Nauheim; | |
Grundausrüstung für die Dünnschichtchromatographie: | |
z.B. Desaga GmbH, Heidelberg; | |
High Performance Thin Layer Chromatography-(HPTLC)-Fertigplatten: | |
z.B. E. Merck AG, Darmstadt 2. |
10 Literatur
Probenahme und dünnschichtchromatographisches Arbeitsverfahren werden beschrieben in
Keller, J., Dunlap, K.L., Sandridge, R.L.: Determination of Isocyanate on the Working Atmosphere by Thin Layer Chromatography. Anal. Chem. 46 (1974), 1845/46;
Stahl, E.: Dünnschichtchromatographie, Ein Laboratoriumsbuch. 2. Auflage. Berlin Heidelberg-New York: Springer (1967).
2 Probenahme mit Absorption an imprägniertem Silicagel und gaschromatographische Bestimmung
Messprinzip: | Mit Hilfe einer Pumpe wird ein definiertes Luftvolumen durch imprägniertes Silicagel gesaugt. Das absorbierte 2-Naphthylamin wird mit einem Gemisch aus Dichlormethan und Ethanolamin extrahiert und gaschromatographisch erfasst. |
Technische Daten | |
Nachweisgrenze: | absolut: 2 ng 2-Naphthylamin, relativ: 0,05 mg/m3 0,009 ml/m3 (ppm) an 2-Naphthylamin für 40 l Probeluft. |
Spezifität: | Die Spezifität ist in jedem Einzelfall zu prüfen. Störeinflüsse sind im allgemeinen durch Wahl einer anderen Säule eliminierbar. |
Vorteile: | Personenbezogene Messungen; spezifische Messung möglich. |
Nachteile: | Keine Anzeige von Konzentrationsspitzen, hoher Zeitaufwand. |
Apparativer Aufwand: | Pumpe, Gasmengenzähler oder Volumenstromanzeiger; Absorptionsröhrchen mit imprägniertem Silicagel; Gaschromatograph mit Flammenionisations-Detektor (FID) oder Phosphor/Stickstoff-Detektor (PND). |
Ausführliche Verfahrensbeschreibung
1 Zusammenfassung
Mit diesem Verfahren wird die über die Probenahmedauer gemittelte Konzentration von 2-Naphthylamin im Arbeitsbereich personenbezogen oder ortsfest bestimmt.
Mit Hilfe einer Pumpe, die von einer Person mitgeführt wird oder die ortsfest angebracht ist, wird ein definiertes Luftvolumen durch ein mit Silicagel gefülltes Absorptionsröhrchen gesaugt. Anschließend wird das 2-Naphthylamin nach Elution mit einem Gemisch aus Dichlormethan und Ethanolamin gaschromatographisch bestimmt.
Die absolute Nachweisgrenze beträgt 2 ng 2-Naphthylamin.
Die relative Nachweisgrenze beträgt 0,05 mg/m3 0,009 ml/m3 (ppm) an 2- Naphthylamin für 40 l Probeluft.
2 Geräte, Chemikalien und Lösungen
2.1 Geräte
Für die Probenahme und Probenaufbereitung:
Pumpe, Probenahmeröhrchen:
Glasrohr von 10 cm Länge,
ca. 6 mm Innendurchmesser,
ca. 8 mm Außendurchmesser,
das einseitig zu einer pipettenartigen Spitze ausgezogen ist. Dieses Röhrchen wird mit imprägniertem Silicagel (Herstellung siehe Abschnitt 2.2) gefüllt, wie in der Abbildung 1 dargestellt.
Probengefäß:
5 ml oder 10 ml mit Septum und Aluminiumverschlusskappe; dazu Vorrichtung zum Verschließen der Probengefäße.
Für die analytische Bestimmung:
Gaschromatograph mit Flammenionisations-Detektor.
Benutzt man einen Phosphor/Stickstoff-Detektor, kann das hier angegebene Verfahren ebenfalls angewendet werden, allerdings muss als Extraktionsmittel Methanol eingesetzt werden.
Abb. 1: Silicagelröhrchen
*) Polytetrafluorethylen
2.2 Chemikalien und Lösungen
2-Naphthylamin, reinst,
Silicagel der Firma Grace, Typ 12,
Amidoschwefelsäure p.a.,
Dichlormethan p.a.,
Ethanolamin, 99 %;
Extraktionslösung:
50 ml Ethanolamin werden im 1000 ml-Messkolben mit Dichlormethan zur Marke aufgefüllt.
Herstellung des imprägnierten Silicagels:
Für je 10 g Silicagel der Firma Grace, Typ 12, werden 0,5 g Amidoschwefelsäure in 5 ml Methanol/Wasser (1:1) gelöst und zum Silicagel gegeben. Die Mischung wird eine Stunde stehen gelassen, gelegentlich umgeschüttelt und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer bei Raumtemperatur abgezogen.
2-Naphthylamin-Stammlösung I:
Lösung mit 5 mg/ml an 2-Naphthylamin.
50 mg 2-Naphthylamin werden in einem 10 ml-Messkolben mit Extraktionslösung zur Marke aufgefüllt.
2-Naphthylamin-Stammlösung II:
Lösung mit 500 µg/ml an 2-Naphthylamin.
Z.B. wird 1 ml 2-Naphthylamin-Stammlösung I in einem 10 ml-Messkolben mit Extraktionslösung zur Marke aufgefüllt.
Kalibrierlösungen:
Durch Verdünnung der Stammlösung II werden Lösungen von 2-Naphthylamin in Extraktionslösung hergestellt, die in 1 ml z.B. 3, 5, 10, 20, 30 µg 2-Naphthylamin enthalten.
3 Probenahme und Probenaufbereitung
Mit Hilfe einer Pumpe wird ein definiertes Luftvolumen mit 40 l/h durch das Probenahmeröhrchen gesaugt.
Nach der Probenahme werden die erste und die zweite Sorptionsschicht des Probenahmeröhrchens getrennt jeweils in ein 5 ml-Probengefäß gegeben. Nach Zusatz von genau 1 ml der Extraktionslösung wird das Gefäß verschlossen. Die Extraktionszeit beträgt etwa 48 Stunden. Die so entstandene Probelösung wird gaschromatographisch analysiert.
4 Gaschromatographische Arbeitsbedingungen
Die in Abschnitt 7 angegebenen Verfahrenskenngrößen wurden unter folgenden Gerätebedingungen erarbeitet:
Gerät: | Perkin Elmer, Modell F 22, mit Flammenionisations-Detektor. |
Gerätebedingung | Gepackte Säule, isotherm. |
Trennsäule: | Glassäule: Länge 2 m, Innendurchmesser 3 mm, gefüllt mit 1,5 % SP 2250 + 1,95 % SP 2401 auf Supelcoport, 100 - 120 mesh. |
Temperaturen: | Einspritzblock: 280 °C, Säule: 160 °C, isotherm, Detektor: 300 °C. |
Trägergas: | 25 ml/min an Stickstoff. |
Brenngase: | 42 ml/min an Wasserstoff, 420 ml/min an synthetischer Luft. |
Gerätebedingung | Kapillarsäule, temperaturprogrammiert, on column injection. |
Trennsäule: | Glaskapillarsäule: Länge 50 m, belegt mit SE 54. |
Temperaturen: | Einspritzblock: on column injection, Säule: programmiert; 5 Minuten bei 80 °C, anschließend mit 5 °C/min auf 280 °C heizen Detektor: 300 °C. |
Trägergas: | Stickstoff (Säuleneingangsdruck 1,0 bar). |
5 Analytische Bestimmung
1 µl der nach dem Arbeitsgang unter Abschnitt 3 hergestellten Probelösung wird in den Gaschromatographen injiziert. Man bestimmt die Peakfläche oder Peakhöhe von 2- Naphthylamin.
6 Berechnen des Analysenergebnisses
6.1 Aufstellen der Kalibrierkurve
Aus den Kalibrierlösungen, die in 1 ml z.B. 3; 5; 10; 20; 30 µg 2-Naphthylamin enthalten, wird je 1 µl in den Gaschromatographen eingespritzt. Durch Auftragen der ermittelten Peakflächen oder Peakhöhen über der in 1 ml der jeweiligen Kalibrierlösung enthaltenen 2-Naphthylamin-Masse in µg erhält man die Kalibrierkurve.
Die Kalibrierlösungen und die Probelösung müssen nacheinander analysiert werden.
6.2 Auswertung der Proben
Mit Hilfe der Kalibrierkurve wird aus der Peakfläche oder Peakhöhe der Probelösung unter Berücksichtigung des Leerwertes die Masse des 2-Naphthylamins in der Probe bestimmt.
Die Berechnung der 2-Naphthylamin-Konzentration der Probeluft in mg/m3 erfolgt nach der Formel:
Für die Errechnung der Volumenkonzentration CV in ml/m3 aus Ca gilt, wenn Ca auf 20 °C und 1013 mbar bezogen ist:
CV = 0,17 * Ca
Es bedeuten:
Ca | = Massenkonzentration von 2-Naphthylamin in der Probeluft in mg/m3, |
CV | = Volumenkonzentration von 2-Naphthylamin in der Probeluft in ml/m3 (ppm), |
m | = Die aus der Kalibrierkurve ermittelte und um den Leerwert korrigierte Masse des 2- Naphthylamins in der Probelösung in µg, |
V | = Probeluftvolumen in l. |
7 Beurteilung des Verfahrens
7.1 Präzision
Die relative Standardabweichung des Analysenverfahrens beträgt ± 6 %, ermittelt aus 6 Einzelmessungen, bei denen Kalibrierlösungen mit je 18 µg 2-Naphthylamin auf Silicagel aufgegeben wurden.
Der Streubereich berechnet sich hieraus zu ± 15 %.
7.2 Nachweisgrenze
Die absolute Nachweisgrenze beträgt 2 ng 2-Naphthylamin.
Die relative Nachweisgrenze beträgt 0,05 mg/m3 0,009 ml/m3 (ppm) an 2- Naphthylamin für 40 l Probeluft, 1 ml Eluatvolumen und 1 µl Injektionsvolumen.
Die Nachweisgrenze hängt u.a. von Bauart und Zustand des gaschromatographischen Detektors und von der Qualität des Gerätes ab.
7.3 Spezifität
Die Spezifität ist in jedem Einzelfall zu prüfen.
Sie hängt insbesondere von der Art und Qualität der eingesetzten Trennsäule ab.
2-Naphthylamin wird unter den angegebenen gaschromatographischen Bedingungen von 1-Naphthylamin getrennt.
Der Flammenionisations-Detektor kann infolge Störkomponenten zu hohe Werte anzeigen. Störeinflüsse sind im allgemeinen durch Wahl einer anderen Säule eliminierbar. Gelingt die Abtrennung von Störkomponenten nicht, so lässt sich die Spezifität durch Verwendung eines phosphor/stickstoffspezifischen Detektors (PND) erhöhen.
7.4 Wiederfindungsrate
Die Wiederfindungsrate betrug 87 %. Liegen Schwefeldioxid, nitrose Gase, Salzsäuregas oder Carbonylverbindungen in Konzentrationen vor, die über ihren Grenzwerten liegen, so kann die Wiederfindungsrate für 2-Naphthylamin deutlich vermindert werden.
8 Hersteller
Pumpe: | z.B. Compur Electronic GmbH, München, Du Pont Instruments, Vertrieb in Deutschland: DEHA-Haan & Wittmer GmbH, Friolzheim; |
Silicagelröhrchen: | z.B. Grace GmbH, Worms; |
Gaschromatographen: | z.B. Bodenseewerk Perkin Elmer & Co GmbH, Überlingen, Carlo Erba, Vertrieb in Deutschland: Erba Science, Hofheim/Ts., Siemens AG, Karlsruhe, Varian GmbH, Darmstadt. |
9 Literatur
Blome, H., Thielen, R.G., und Hennig, H.: Untersuchungen über die Belastung von Kokereiarbeitern durch 2-Naphthylamin.
Staub-Reinhalt.
Luft 12 (1983).
ENDE |