Entwicklung eines Messverfahrens für Organozinnverbindungen

Status:

abgeschlossen 04/2024

Zielsetzung:

Organozinnverbindungen (OZV) sind aufgrund ihrer bekannten Human- und Ökotoxizität in Verbraucherprodukten und im Umweltbereich weitreichend reguliert (REACH VO Nr. 1907/2006). Wegen ihrer hervorragenden physikalisch-chemischen Eigenschaften zählen OZV jedoch nach wie vor zu den technisch bedeutendsten Organometallverbindungen. Nennenswerte Einsatzgebiete sind die kunststoffproduzierende und -verarbeitende Industrie als Prozesskatalysatoren und Stabilisatoren, die Oberflächenvergütung bei der Produktion von Glas, Galvanotechnik, Elektrotechnik sowie die Synthese zahlreicher Industrie- und Spezialchemikalien. An Arbeitsplätzen dieser Branchen können die Verbindungen als Dämpfe oder Staubpartikel freigesetzt und sowohl inhalativ als auch über Hautkontakt aufgenommen werden. Die berufsbedingte Exposition stellt somit ein potenzielles Risiko für Beschäftigte dar. In der Technischen Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 900 sind Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW) für insgesamt 23 OZV festgelegt. Diese unterscheiden sich in ihrer Konzentration und beziehen sich auf den Elementgehalt des Zinn. Spezifische Messverfahren zur Unterscheidung und Überwachung dieser Beurteilungsmaßstäbe existieren derzeit noch nicht. In einer Machbarkeitsstudie in Form einer Masterarbeit konnte ein flüssigchromatographisches Verfahren zur Trennung von elf regulierten OZV mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (HPLC-ICP-MS) entwickelt werden.

Das Ziel des Projektes ist es nun, ein spezifisches und geeignetes Messverfahren für die OZV Monomethylzinn (MMT), Monobutylzinn (MBT), Monooktylzinn (MOT), Monophenylzinn (MPhT), Dimethylzinn (DMT), Dibutylzinn (DBT), Diphenylzinn (DPhT), Trimethylzinn (TMT), Tributylzinn (TBT), Triphenylzinn (TPhT) und Tetramethylzinn (TTMT) zu entwickeln und als Standardmessverfahren im Messsystem Gefährdungsermittlung der Unfallversicherungsträger (MGU) zu etablieren.

Aktivitäten/Methoden:

Dem Projekt liegt eine Masterarbeit zur Entwicklung der Trennmethode zugrunde. Im ersten Schritt des Projektes wurde die HPLC-ICP-MS Trennmethode hinsichtlich Datenanalyse, Laborabläufe und Anwendbarkeit für die Auftragsanalytik optimiert. Im zweiten Schritt erfolgte die Entwicklung eines geeigneten Probenahmeverfahrens für OZV. Im dritten Schritt wurden Versuche zur Entwicklung eines spezieserhaltenden Probenvorbereitungsverfahrens durchgeführt. Die Entwicklung einer Trennmethode mit Strukturaufklärung zur Bestimmung der OZV mittels HPLC-MS wurde als Machbarkeitsstudie durchgeführt. Dies diente vor allem der Identifizierung und Abgrenzung von eventuell störenden Verbindungen, die an realen Arbeitsplätzen auftreten. Zuletzt mussten alle Schritte des analytischen Prozesses (Probennahme, Probenvorbereitung, Analyse) aufeinander abgestimmt werden.

Ergebnisse:

Im Rahmen dieses Projektes wurde das Analysenverfahren zur Bestimmung von elf zinnorganischen Verbindungen in der Luft am Arbeitsplatz mittels HPLC-ICP-MS optimiert und weiterentwickelt. Das Verfahren wurde um die analytischen Schritte Probennahme und Probenvorbereitung erweitert. Die Leistungsfähigkeit der entwickelten Methode mittels HPLC-ICP-MS wurde im Hinblick auf Laborabläufe und Handhabung der instabilen Analyt-Standards optimiert. Zudem konnte die Datenanalyse effizienter gestaltet werden. Es wurden Vergleichsuntersuchungen der neuen HPLC-ICP-MS Methode und dem bisherigem Analysenprinzip mittels ICP-MS anhand realer Arbeitsplatzproben durchgeführt und erfolgreich zur Identifizierung von vorhandenen OZV verwendet.

Um die Verbindungen sicher quantifizieren zu können, war es notwendig, die Probennahme und die Probenvorbereitung so zu wählen und optimieren, dass sichergestellt ist, dass die Verbindungen über den gesamten analytischen Prozess erhalten bleiben. Die unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften der elf zinnorganischen Verbindungen, insbesondere deren Reaktivität und Instabilität, waren hier eine besondere Herausforderung. Zur Probenahme wurde nach ausführlichen Eignungsprüfungen das GGP-Mini mit einer Kombination aus Glasfaserfilter und Aktivkohleröhrchen als neuer Probenträger ermittelt. Aufgrund der kommerziellen Verfügbarkeit der Probenträger stellt dies eine Verbesserung hinsichtlich Probenträgervorbereitung und Handhabung in der Auftragsanalytik dar. Die Probenvorbereitung konnte durch systematische Vergleichsversuche mit verschiedenen Extraktionsmischungen hinsichtlich der Wiederfindung für die elf Verbindungen optimiert werden. Eine Machbarkeitsstudie zur Strukturaufklärung der gebildeten Komplexe sowie eventuell störenden Verbindungen mittels HPLC-MS/MS wurde ebenfalls durchgeführt. Die Arbeitsabläufe des entwickelten Verfahrens zur Probennahme, -vorbereitung und Analytik wurden im Hinblick auf die Umsetzung in der Auftragsanalytik effizient aufeinander abgestimmt. Die Projektergebnisse wurden bisher national und international in Form von mehreren wissenschaftlichen Beiträgen (Vorträge, Poster und Artikel) publiziert, darunter eine Publikation im internationalen "Journal of Chromatography A", einer renommierten Fachzeitschrift im Bereich der analytischen Chemie (Impact Factor: 4,1).

Stand: