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Flüchtige organische Verbindungen Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen auf der Spur

Autor / Redakteur: Guido Deußing* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Bauprodukte, die in Innenräumen verwendet werden, dürfen die Gesundheit des Menschen nicht gefährden. Um möglichen Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen auf die Spur zu kommen, setzt das Deutsche Forschungsinstitut für Bodensysteme (TFI) in Aachen auf die Thermodesorptions-GC/MSD.

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Bauprodukte können verantwortlich sein für die Belastung von Innenräumen durch flüchtige organische Verbindungen (VOC/SVOC). Um die Gesundheit der Bewohner und Beschäftigten bzw. Gebäudenutzer zu schützen, ist gemäß geltender Vorschriften das Emissionsverhalten von im Innenraum eingesetzten Werkstoffen zu untersuchen. Für die Vorgehensweise grundlegend sind hierzulande die Vorgaben des Ausschusses zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB). Ein wesentlicher Bestandteil ist die Prüfkammeruntersuchung verbunden mit einer Anreicherung der Analyten auf Tenax und anschließender Thermodesorption-GC/MS-Analyse. Abseits der zeitintensiven Prüfkammeruntersuchung liefert die thermische Extraktion in kompakten Thermoextraktoren aussagekräftige Informationen über das Emissionsverhalten von Bauprodukten u.a. für die Qualitäts- oder Produktionskontrolle.

Wenn Zimmerluft krank macht

Flüchtige organische Verbindungen in der Innenraumluft können zu massiven Belastungen von Bewohnern oder Raumnutzern führen. Treten nach Bezug eines neuen, renovierten oder sanierten Gebäudes mit einem Mal Symptome auf wie Kopfschmerzen, Schleimhautreizungen, Müdigkeit, allergische Reaktionen, Abwehrschwäche, häufige Infektionskrankheiten, Verschlechterung von Asthma bronchiale, akute Atembeschwerden, depressive Zustände, allgemeines Unwohlsein oder verminderte Leistungsfähigkeit, zieht der versierte Mediziner bei seiner Diagnose auch das so genannte Sick-Building-Syndrom als Ursache mit in Betracht, hervorgerufen unter anderem von VOC- und SVOC-Emissionen aus Bauprodukten.

Viele Bauprodukte kommen als potenzielle Emissionsquellen von VOC (C6 - C16) und SVOC (> C16 - C22) in Betracht, neben Bodenbelägen auch Verlegewerkstoffe, Farben, Lacke, Holzschutzmittel, Holzwerkstoffe, Wand- und Deckenverkleidungen, Abdichtungen, Putz, Mauersteine, Zement und Beton. Indes sind bauliche Anlagen gemäß der Landesbauordnungen so zu errichten und instand zu halten, dass „Leben, Gesundheit und die natürliche Lebensgrundlage nicht gefährdet werden“ (§ 3 Musterbauordnung, [MBO, 2002]). In einer Stellungnahme des Umweltbundesamtes heißt es weiter: „Bauprodukte, mit denen Gebäude errichtet oder die in solche eingebaut werden, haben diese Anforderung in besonderer Weise zu erfüllen, nämlich dadurch, dass durch chemische, physikalische oder biologische Einflüsse keine Gefahren oder unzumutbaren Belästigungen entstehen (§16 MBO).“ Die Europäische Union trägt der herausragenden Bedeutung der Bauprodukte für das Wohl und Weh des Menschen durch die europäische Bauprodukte-Richtlinie Rechnung, die 1989 in Kraft trat und u.a. die Gesundheit der Gebäudenutzer im Fokus hat. In Deutschland wurde sie 1992 durch das Bauprodukte-Gesetz (BauPG1992) und die Novelle der Landesbauordnung in nationales Recht umgewandelt.

Einheitliches Bewertungsschema

So weit, so gut. Doch der Gesetzgeber wäre schlecht beraten, würde er sich darauf verlassen, dass nicht sein kann, was nicht sein darf. Wie aber lässt sich die Qualität von Bauprodukten in einheitlicher und reproduzierbarer Weise überprüfen? Der AgBB hat ein Schema zur Bewertung flüchtiger organischer Substanzen entwickelt (s. Abb. 2). „Die Prüfkriterien des AgBB für Bodenbeläge sehen eine erstmalige Zulassungsprüfung vor, deren Ergebnisse in einer jährlichen Überwachungsprüfung des Bauprodukts kontrolliert werden“, sagt Gerd Bittner vom Textiles & Flooring Institute (TFI) in Aachen, das Emissionsprüfungen u.a. von Bodensystemen vornimmt. VOC-Prüfungen werden am TFI mittels Prüfkammern u.a. auf Grundlage der Normen DIN EN ISO 16000-9, DIN EN ISO 16000-11 und DIN ISO 16000-6 durchgeführt. Diese Normen legen die Testbedingungen unterschiedlichster Bodenbeläge in Prüfkammern sowie die analytische Bestimmung der flüchtigen organischen Verbindungen nach drei sowie 28 Tagen durch aktive Probenahme auf geeigneten Adsorbentien, i.d.R. Tenax, fest; die Bestimmung der Analyten erfolgt gemäß AgBB nach Thermodesorption auf dem Thermal-Desorption-System (Gerstel-TDS) mit anschließender Gaschromatographie und massenselektiver Detektion (GC/MS). „Für die Zuordnung der Einzelstoffe zu den Retentionsbereichen C6 - C16 bzw. > C16 - C22 ist die Analytik auf einer unpolaren Säule zugrunde zu legen, heißt es im AgBB-Bewertungsschema für VOC aus Bauprodukten (Stand 2008): Als Einzelstoffe gelten alle identifizierten und nicht identifizierten Verbindungen.

Ferner sieht das AgBB-Schema für alle Substanzen „grundsätzlich eine einheitliche Nachweisgrenze von 1 µg/m3 vor, um das Emissionsspektrum zunächst qualitativ möglichst vollständig zu erfassen. Je nach Anforderung sind alle Einzelstoffe weiterhin zu quantifizieren und ab einer Konzentration von 5 µg/m3 sowohl als Einzelstoff als auch in der Summe zu berücksichtigen. Ausnahmen gelten für kanzerogene Stoffe der EU-Kategorie 1 und 2. Die Quantifizierung der identifizierten Substanzen mit NIK-Werten (niedrigste (toxikologisch) interessierende Konzentrationen; engl. LCI = Lowest Concentration of Interest) und der Kanzerogene hat substanzspezifisch zu erfolgen. Die Quantifizierung der identifizierten Substanzen ohne NIK-Werte und die der nicht-identifizierten („unbekannten“) Substanzen erfolgt jeweils gegen Toluol-Äquivalente.“

Schnellverfahren Thermoextraktion

„Der vom AgBB geforderte Prüfzeitraum von rund einem Monat eignet sich hervorragend, um ein umfangreiches Emissionsprofil zu erhalten“, bemerkt Gerd Bittner, stelle jedoch für die Industrie, insbesondere bei Neuentwicklungen, die eine frühzeitige bzw. produktionsnahe Bewertung oder Optimierung des Produkts erfordere, ein Problem dar (time to market). Gerd Bittner: „Ein Produkt, das die AgBB-Bewertungskriterien erfüllt, ist für die Verwendung in Innenräumen geeignet.“ Die Auswertung erfolge dabei anhand typischer Peakmuster, die sich aufzeichnen und vergleichen lassen; es ließen sich Substanzen qualitativ vergleichen, Leitkomponenten identifizieren und eine Quantifizierung durch die Zugabe eines internen Standards realisieren. Die Prüfkammermessung sei überdies nicht nur zeit-, sondern auch arbeits- und kostenintensiv. Daher führe das TFI seit Jahren im Zuge der Produktentwicklung, zur Produktions- und Chargenkontrolle sowie zum Zwecke der Reklamationsuntersuchung und Identitätsprüfung im Auftrag Schnelltests mittels Thermoextraktion durch.

Ergänzung zur Prüfkammeranalyse

Zum Einsatz komme dabei u.a. der Gerstel-Thermal-Extractor (TE), der aufgrund seines groß dimensionierten Extraktorrohres (ID: 14 mm, L: 177 mm, davon 75 mm Probenraum) die Aufnahme unterschiedlicher Probearten und -mengen erlaubt: „Wir untersuchen damit textile wie elastische Bodenbeläge, Mehrschichtensysteme wie auch unterschiedlich konsistente bzw. adäquat präparierte Verlegewerkstoffe, also Kleber“, berichtet Gerd Bittner. Die Proben werden ausgeheizt und die extrahierten Analyten auf Tenax angereichert. Die TDS-GC/MS-Analyse erfolgt schließlich gemäß den Richtlinien der AgBB.

„Durch Anpassung der unterschiedlichen Testbedingungen der Emissionsprüfkammer an die Thermoextraktion zeigt das ausgetestete Thermoextraktionsverfahren unter den Aspekten einer Vergleichbarkeit der Emissionen bzw. der typischen Peakmuster qualitativ eine zufriedenstellende Übereinstimmung“, bemerkt Gerd Bittner und ergänzt: „Nach unseren bisherigen Erfahrungen lassen sich mit dem TE-System für ein Kurzzeitverfahren die VOC aus den unterschiedlichsten Bodenbelägen, Verlegewerkstoffen und Fußbodenaufbauten unter den Aspekten der Vergleichbarkeit und des Emissionspotenzials effizient und sicher bestimmen. Damit erweist sich die Thermoextraktion als wertvolle Ergänzung zur Prüfkammeruntersuchung.“

*G. Deußing, ScienceCommunication, 41464 Neuss

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