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Chemie

Zuverlässig messen – Kompetenzüberprüfung von Laboratorien

Hohe Analysequalität im analytisch-chemischen Labor ist eine Voraussetzung für verlässliche Messungen von gefährlichen Arbeitsstoffen am Arbeitsplatz. Die Grenzwerteverordnung (GKV) legt fest, dass Grenzwert-Vergleichsmessungen unter Einhaltung gewisser Qualitätsanforderungen von erwiesenermaßen qualifizierten Laboratorien auszuführen sind. Als wichtige Maßnahme der Qualitätssicherung dienen neben der internen Routinequalitätssicherung sogenannte Ringversuche. An einem solchen von der deutschen IFA organisierten Versuch hat das chemisch-analytische Labor der AUVA-Hauptstelle kürzlich erfolgreich teilgenommen.
Ein Mann in Schutzkleidung und Schutzbrille nimmt eine Probe
Adobe Stock

Wenn an einem Arbeitsplatz die Exposition von Arbeitnehmern:Arbeitnehmerinnen gegenüber einem Arbeitsstoff, für den ein MAK-Wert (Maximale Arbeitsplatz-Konzentration, vgl. § 45 ASchG) oder ein TRK-Wert (Technische Richtkonzentration, vgl. § 45 ASchG) festgelegt ist, nicht sicher ausgeschlossen werden kann, so müssen Arbeitgeber:innen gemäß § 46 Arbeitnehmer:innenschutzgesetz (ASchG) i. V. m. § 28 Grenzwerteverordnung (GKV) in regelmäßigen Abständen Grenzwert-Vergleichsmessungen durchführen oder durchführen lassen. 

Die Unfallverhütungsdienste in den AUVA-Landesstellen sowie die Abteilung für Unfallverhütung und Berufskrankheitenbekämpfung der AUVA-Hauptstelle (HUB) bieten neben fachkundiger Beratung zum sicheren Umgang mit gefährlichen Arbeitsstoffen auch die Durchführung solcher Messungen an. Diese müssen gemäß § 31 Abs. 2 GKV von geeigneten, fachkundigen Personen durchgeführt werden, die „neben jenen Qualifikationen, die für die betreffende Messung oder Bewertung erforderlich sind, auch die fachlichen Kenntnisse und Berufserfahrungen sowie die notwendigen Einrichtungen besitzen und die Gewähr für die gewissenhafte und repräsentative Durchführung nach dem Stand der Technik bieten“. Was vielleicht etwas sperrig klingt, bedeutet vereinfacht gesagt, dass Grenzwert-Vergleichsmessungen unter Einhaltung gewisser Qualitätsanforderungen von erwiesenermaßen qualifizierten Laboratorien auszuführen sind. Nur so können verlässliche Analyseergebnisse ermittelt und kann eine Aussage über etwaige Gesundheitsgefährdung durch Chemikalien am Arbeitsplatz getroffen werden [1].

Sicherung der Analysequalität durch regelmäßige Teilnahme an Ringversuchen

Um zu zeigen, dass ein analytisch-chemisches Labor die für die verlässliche Durchführung von Grenzwert-Vergleichsmessungen erforderlichen Qualitätsanforderungen erfüllt, ist eine hohe Qualität der im Labor produzierten Analysedaten sicherzustellen. Dabei ist das gesamte analytische System – bestehend aus dem Analyseverfahren, den Geräten und Instrumenten, dem Labor und den darin tätigen fachkundigen Personen – zu betrachten [2]. 

Neben der Durchführung von laborinternen Maßnahmen zur Routinequalitätssicherung sollte auch die Vergleichbarkeit der Analyseergebnisse mit anderen Laboratorien regelmäßig demonstriert werden [3, 4]. Dazu können Vergleichsuntersuchungen – auch Ringversuche (engl. round robin tests) genannt – als eine wichtige Maßnahme der externen analytischen Qualitätssicherung eingesetzt werden [3, 4]. Die Einsatzbereiche von Ringversuchen umfassen dabei das Austesten eines analytischen Verfahrens, das Feststellen typischer Fehler für eine Gruppe von Laboratorien, das Charakterisieren von Referenzmaterialien sowie Laborleistungstests zur Kompetenzprüfung von Laboratorien [1, 2]. Auf letztere Art von Ringversuchen soll im Folgenden – auch anhand eines Beispiels aus der Praxis – näher eingegangen werden.

Ringversuche zur Kontrolle der Leistungsfähigkeit 

Zur Untersuchung der Leistungsfähigkeit von Laboratorien werden von mehreren Laboratorien identische Proben analysiert, wobei das zur Anwendung kommende Analyseverfahren vom jeweiligen Labor frei gewählt werden kann [4]. Somit kann zusätzlich zur Kompetenz eines Labors auch die Richtigkeit eines Analyseverfahrens gezeigt werden [4]. Welche Schritte des Analyseverfahrens – das ausgehend vom Untersuchungsobjekt die Probenahme, die Probenvorbereitung, die Messung, die Auswertung und den Bericht über das Analyseresultat umfasst – vom Ringversuch abgedeckt werden, hängt von Planung und Ablauf des Ringversuches ab [5, 6]. Da speziell die ersten Schritte (z. B. die Probenahme) eines Analyseverfahrens einen hohen Einfluss auf die Richtigkeit des Analyseergebnisses haben, sind Ringversuche, die eine Probenahme beinhalten, jenen vorzuziehen, bei denen eine vom Organisator des Ringversuchs bereitete Probe an die teilnehmenden Laboratorien versandt wird [1].

Röhrchen, die in einem alubeschichteten Rohr stecken.
Probenahme an der dynamischen Prüfgasstrecke des IFA mittels Aktivkohle-Adsorptionsröhrchen. AUVA

Der Ablauf eines solchen die Probenahme umfassenden Ringversuches soll im Folgenden am Beispiel des vom Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) veranstalteten Ringversuches „Organische Lösemittel mit eigener Probenahme“ beschrieben werden, an dem das analytisch-chemische Labor der AUVA-Hauptstelle (Abteilung HUB) 2022 erfolgreich teilgenommen hat. 

Im Rahmen dieses Ringversuches sollten in drei voneinander unabhängigen Proben die Konzentrationen einiger organischer Lösungsmittel in einem Prüfgas, das jeweils gezielt mit den zu bestimmenden Substanzen versetzt worden war, analysiert werden. Das für die Bestimmung der Analyt-Konzentrationen zur Anwendung kommende Analyseverfahren konnte dabei von den teilnehmenden Laboratorien frei gewählt werden, wobei alle Verfahrensschritte – mit Ausnahme der Probenahme – in den jeweils teilnehmenden Laboratorien erfolgen sollten. Auf diese Weise sollte die Analyse von gefährlichen Arbeitsstoffen in der Luft am Arbeitsplatz nachgestellt und somit die Eignung der am Ringversuch teilnehmenden Laboratorien für solche Messungen überprüft werden. Das IFA hat dabei sowohl die Organisation und die Durchführung des Ringversuchs als auch die Auswertung und die Dokumentation der Ergebnisse übernommen. 

Nach der Anmeldung zum Ringversuch erhielten die teilnehmenden Laboratorien detaillierte Informationen z. B. zum zeitlichen Ablauf, der Probenanzahl, den zu bestimmenden Substanzen, dem zu erwartenden Konzentrationsbereich (für diesen Ringversuch wurde der Bereich mit dem 0,01- bis Zweifachen des für den jeweiligen Stoff gültigen (deutschen) Arbeitsplatzgrenzwertes festgelegt), der Form der Abgabe der Analyseergebnisse, der Art der Auswertung sowie eine Beschreibung der Apparatur – insbesondere der Anschlüsse für die Probenahmegeräte. Die Durchführung der Probenahme für den Ringversuch erfolgte an der dynamischen Prüfgasstrecke des IFA in St. Augustin (Deutschland). Dabei wurde während einer vorgegebenen Dauer von ca. 2,5 Stunden je Probe, in der die Probenahme durch die teilnehmenden Laboratorien erfolgen sollte, eine konstante Konzentration der zu bestimmenden Substanzen im Prüfgasgemisch bereitgestellt. Die stabile Zusammensetzung des für die drei Proben jeweils zur Verfügung gestellten Prüfgases wurde durch Mitarbeiter:innen des IFA während der jeweiligen Prüfgas-Abgabe sowohl mittels Online-Gaschromatographie als auch mittels Selected-Ion-Flow-Tube-Massenspektrometrie (SIFT-MS) kontinuierlich überwacht [7].

Die Probenahme, Probenvorbereitung, Messung und Auswertung der Proben wurde von den teilnehmenden Laboratorien nach den im jeweiligen Labor üblicherweise angewandten Arbeitsvorschriften durchgeführt. 

Die vom analytisch-chemischen Labor der AUVA-Hauptstelle ausgeführte Probenahme erfolgte somit durch Ansaugen eines – durch Verwendung kalibrierter Probenahme-Pumpen – definierten Prüfgas-Volumens über mit Aktivkohle beladene Adsorptionsröhrchen, die an die dynamische Prüfgasstrecke des IFA angeschlossen wurden. Die zu analysierenden Substanzen der jeweiligen Prüfgas-Probe wurden somit an die Aktivkohle gebunden.

Im Zuge der Probenvorbereitung wurden die zu bestimmenden Substanzen mittels einer definierten Desorptionsmittel-Menge wieder von der Aktivkohle herausgelöst. Um die Konzentrationen der Einzel-Substanzen in den so erhaltenen Analyseproben messen zu können, wurde das darin vorliegende Substanzgemisch mittels Gaschromatographie (GC) aufgetrennt. Die Analyten wurden mittels massenselektivem Detektor (MSD) identifiziert und ihre Konzentration schließlich mit einem Flammenionisationsdetektor (FID) bestimmt.

An dem von der IFA veranstalteten Ringversuch ›Organische Lösemittel mit eigener Probenahme‹ hat das analytisch-chemische Labor der AUVA-Hauptstelle 2022 erfolgreich teilgenommen.

Thomas Falta, Erwin Renner

Nach Anonymisierung der von den teilnehmenden Laboratorien übermittelten Ergebnisse (jedem Labor wurde dazu eine Teilnehmernummer zugeordnet) erfolgte die statistische Auswertung der Ergebnisse entsprechend der DIN ISO 5725-2 durch das IFA [8]. Zunächst wurde anhand der Analyseergebnisse, die die teilnehmenden Labors übermittelt hatten, für jede der zu bestimmenden Substanzen einer Probe der Gesamtmittelwert sowie die Gesamtstandardabweichung errechnet [8]. Um Ausreißer in den Analyseergebnissen zu identifizieren, wurde anschließend ein Ausreißertest nach Grubbs durchgeführt [8]. Nach Eliminierung der Ausreißer wurden die ausreißerbereinigten Gesamtmittelwerte berechnet und als Sollwerte definiert.

Die Bewertung der teilnehmenden Laboratorien erfolgte schließlich anhand des sogenannten „Z-Score“ [8]. Dieser beschreibt die Abweichung eines Analyseergebnisses vom Mittelwert bzw. Sollwert normiert auf die Standardabweichung der ausreißerbereinigten Daten [1]:

Die Soll-Standardabweichung stellt dabei die maximal zulässige Abweichung vom Sollwert dar und wurde für den Ringversuch „Organische Lösemittel mit eigener Probenahme“ vom IFA mit ± 10 % festgelegt [8]. Die Beurteilung der Analyseergebnisse der teilnehmenden Laboratorien erfolgte nach folgendem vom IFA festgelegten Schema [8]:

     |Z| ≤ 1 gutes Ergebnis
1 < |Z| ≤ 2 zufriedenstellendes Ergebnis
2 < |Z| < 3 fragwürdiges Ergebnis
     |Z| ≥ 3 äußerst fragwürdiges Ergebnis

Der Ringversuch gilt somit für all jene Stoffe als bestanden, für die ein Ergebnis mit |Z| ≤ 2 vorliegt [8]. Die Auswertung der vom analytisch-chemischen Labor der AUVA-Hauptstelle übermittelten Analysedaten ergab für fast alle Analyten einen Z-Score kleiner als 1; für alle Analyten wurden die Bedingungen für einen erfolgreichen Ringversuch (|Z| ≤ 2) erfüllt. Durch die positive Absolvierung des Ringversuches „Organische Lösemittel mit eigener Probenahme“ konnte das analytisch-chemische Labor der AUVA-Hauptstelle somit nachweisen, dass es – im Bereich der Analyse von organischen Lösungsmitteln – die Qualitätsanforderungen für die verlässliche Durchführung von Grenzwert-Vergleichsmessungen erfüllt.

LITERATUR:

  • [1] Hiel N: Analysenqualität – aber sicher! – Teil 2: Wozu man Ringversuche braucht. Sichere Arbeit 4/1998, 18–24.
  • [2] Wegscheider W: Qualitätssicherung im Labor, In: Untersuchungsmethoden in der Chemie – Einführung in die moderne Analytik (Hrsg. Naumer H und Heller W), 3. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2002.
  • [3] Funk W, Dammann V, Donnevert G: Qualitätssicherung in der Analytischen Chemie, 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005.
  • [4] Kleiböhmer W, In: Cammann K (Hrsg.), Instrumentelle Analytische Chemie – Verfahren, Anwendungen und Qualitätssicherung, Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, Berlin, 2001.
  • [5] Otto M: Analytische Chemie, 2. Auflage, WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2000.
  • [6] Hiel N: Analysenqualität – aber sicher! – Teil 1: Was man im analytisch-chemischen Labor selbst tun kann. Sichere Arbeit 3/1998, 19–24.
  • [7] Kaus C, Thomas B, Breuer D: Einsatz von SIFT-Massenspektrometrie zur selektiven Echtzeit-Online-Kontrolle dynamischer Prüfgasatmosphären und Messung kanistergesammelter Luftproben. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft 82 (2022) Nr. 03–04, 67–73.
  • [8] Breuer D, Maybaum B, Gusbeth K, Nürnberger F: Ringversuche zu Gefahrstoffmessungen 2022 – Ringversuche für innerbetriebliche und außerbetriebliche Messstellen – Teilnahmeinformationen, Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e.V. (Hrsg.), Berlin, 2021.

Zusammenfassung

Das chemisch-analytische Labor der AUVA-Hauptstelle kann Analysen mit hoher Qualität durchführen. Dies wurde kürzlich bei einem Ringversuch erfolgreich unter Beweis gestellt. 


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