Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Bestimmung von N-Nitrosaminen in der Luft am Arbeitsplatz im Rahmen der Arbeitssicherheit - NNOccSafe

Status:

abgeschlossen 07/2025

Zielsetzung:

Ziel des Forschungsvorhabens war die Erstellung einer alternativen Analysenmethode für Nitrosamine mit verbesserter Sensitivität und verringertem Arbeitsaufwand im Vergleich zum derzeitigen Stand der Technik, der Kopplung aus Gaschromatographie und einem Thermal Energy Analyser (GC-TEA). Die neue Methode sollte dabei auf der Kopplung von Gaschromatographie und Ionenmobilitätsspektrometrie (GC-IMS) basieren und mit einer anreicherungsstarken und automatisierbaren Probenvorbereitungs- und Injektionstechnik gekoppelt werden. Das GC-IMS System versprach in diesem Zusammenhang zusätzlich eine hohe Robustheit und, aufgrund vergleichsweise geringer Anschaffungs- und Betriebskosten, eine verbesserte Ökonomie.

Aktivitäten/Methoden:

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden zwei Methoden entwickelt: zum einen zur Analyse von Nitrosaminen in Trinkwasser und zum anderen zur Analyse von Nitrosaminen in der Luft am Arbeitsplatz. Dazu wurden die Techniken Festphasenmikroextraktion, Großvolumeninjektion, In Tube Extraction, statische Headspace, Festphasenextraktion und Thermodesorption (TD) in Kombination mit der GC-IMS evaluiert, verglichen und kombiniert, um jeweils die stärkste Anreicherung der Analyten zu erwirken. Für die Wasseranalytik der Nitrosamine ergab sich so eine Methode aus einer kombinierten zweifachen Anreicherung mittels Festphasenmikroextraktion und In Tube Extraction und für die Luftanalytik eine Thermodesorption-basierte Probenahme und Injektion, gekoppelt an das GC-IMS System (TD-GC-IMS). Für beide Methoden wurden umfangreiche Optimierungs- und Validierungsmessungen durchgeführt, sodass sie schlussendlich auf reale Matrixe angewendet und mit dem jeweiligen Stand der Technik verglichen werden konnten.

Ergebnisse:

Die ersten Ergebnisse konnten im Bereich der Kalibriergasgeneration erreicht werden: Das Permeationsverhalten von neun Nitrosaminen wurde mithilfe eines Kalibriergasgenerators untersucht und Kalibriergase wurden im gewünschten Konzentrationsbereich erstellt. Mithilfe dieser Kalibriergase konnten im Nachgang verschiedene Messreihen im Rahmen der Methodenentwicklung und -optimierung durchgeführt werden. Für die erarbeitete TD-GC-IMS Methode wurden verschiedene Validierungsparameter geprüft. Unter verschiedenen Lagerbedingungen konnte eine Lagerstabilität unter Verwendung der Edelstahlprobenträger mit den Swagelok-Verschlusskappen von zehn Tagen bestätigt werden. Die Nachweisstärke lag in den Bestimmungsgrenzen der neun Nitrosamine leicht unter der der GC-TEA Technik, jedoch im Bereich der derzeit geltenden Toleranz- und Akzeptanzwerten. Bei einer geringen Konzentration von nitrosierbaren Vorläufersubstanzen konnte über den Einsatz einer für diese Messreihe aufgebaute Prüfgasstrecke bestätigt werden, dass auch bei hoher Stickoxidkonzentration (Übersteigung des Arbeitsplatzgrenzwerts mit dem Faktor 2) keine artefizielle Nitrosaminbildung auf dem Probenträger erfolgte. Bei der Analyse realer Luftproben in einer Abfalldeponie unter Tage konnte lediglich das Nitrosamin NDMA sicher auf den Probenträgern nachgewiesen werden. Die ermittelte Konzentration lag im staubarmen Bereich, was gut mit den Ergebnissen der parallelen GC-TEA Messung übereinstimmt.

Messparameter der SPE-ITEX-GX-IMS Methode wurde nach einer statistischen Versuchsplanung strategisch optimiert und im Anschluss auf verschiedene Trinkwasser angewendet. Nachweisgrenzen für die neun Nitrosamine in dieser Matrix lagen zwischen 1 und 22 ng/l. Dies entspricht zwar den Anforderungen an die Trinkwasserreinheit einiger Nationen im europäischen und nordamerikanischen Raum, übersteigt jedoch die mittels Massenspektrometrie erreichten Nachweisgrenzen um den Faktor 100. Die Untersuchung der Trinkwasser ergab keine Verunreinigung mit Nitrosaminen.

Während relevante Erkenntnisse über die Probenahme und Analytik von Nitrosaminen im Projekt gewonnen wurden und der Grundstein für den Forschungsansatz zu alternativen Techniken zur GC-TEA Methode gelegt wurde, können die entwickelten Methoden jedoch nicht ohne weitere, umfangreiche Optimierungen und Weiterentwicklungen zum Einsatz kommen.

Stand: