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VOC, VVOC und SVOC in Innenräumen Flüchtige organische Verbindungen automatisiert überwachen

Autor / Redakteur: Guido Deußing* / Dr. Ilka Ottleben

Um den Verbraucher vor schädlichen Materialemissionen zu schützen, unterliegen im Innenraum eingesetzte Werkstoffe strengen Normen und Qualitätskontrollen. Zur Bestimmung belastender VOC/SVOC braucht es nicht nur Konzepte, sondern auch geeignete Analysengeräte und Messinstrumente.

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Abb. 1: Flüchtige Schadstoffe aus Materialemissionen können z.B. Fahrzeugkabinen belasten.
Abb. 1: Flüchtige Schadstoffe aus Materialemissionen können z.B. Fahrzeugkabinen belasten.
(Bild: ©Patryk Kosmider - stock.adobe.com)

Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOC) aus Materialien, Bau- und Werkstoffen sowie Einrichtungsgegenständen können das Wohlbefinden und die Gesundheit derer, die sich im Innenraum aufhalten, nachhaltig beeinträchtigen. Insbesondere dann, wenn die Raumluft, um Energie zu sparen oder in Ermangelung geeigneter Belüftungssysteme, nur selten oder gar nicht ausgetauscht wird.

Damit der Verbraucher vor unnötigen Belastungen bewahrt wird, fordert der Gesetzgeber, das Emissionsverhalten von Materialien und Baustoffen, die im Innenraum eingesetzt werden, zu prüfen und zu kontrollieren. Rahmen, Regelwerke und Normen für die grundlegenden Untersuchungen und Messungen orientieren sich an den Vorgaben international anerkannter Institutionen, etwa der International Organization for Standardization (ISO) oder der American Society for Testing and Materials (ASTM), die Methoden zur Messung dieser Chemikalienemissionen entwickelt haben. In Deutschland bietet der Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten (AgBB) mit der „Vorgehensweise bei der gesundheitlichen Bewertung der Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (VVOC, VOC und SVOC) (s. LP-Tipp-Kasten) aus Bauprodukten“ [1] ein konkretes Bewertungsschema.

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Flüchtige Schadstoffe in der Luft von Wohn- und Arbeitsräumen sowie Fahrzeugkabinen lassen sich auf Adsorbensröhrchen anreichern und unmittelbar mittels der Thermodesorptions-GC/MS (TD-GC/MS) untersuchen und bestimmen. Die Raumluftmessung ist zwar hilfreich, um den Status quo einer gegenwärtigen Belastung der Innenraumluft festzustellen. Eine Kontamination verhindert sie allerdings nicht.

Werk- und Baustoffe stets im Blick

Zielführend ist es dahingehend, das Emissionsverhalten von Baumaterialien, Werkstoffen und Hilfsmitteln, die in Innenräumen zum Einsatz kommen, mit geeigneten Prüfmethoden vorauseilend zu untersuchen und potenzielle beziehungsweise tatsächliche belastendende Ausgasungen, idealerweise vermittels eines Versuchsdesigns, mit dem sich reale Umgebungsbedingungen simulieren lassen, festzustellen. Hersteller und Produzenten sollten daher über Methoden und Verfahren verfügen, die es erlauben, „das Emissionsverhalten relevanter Produkte in unmittelbarer Nähe zum Herstellungsprozess sowie im Rahmen von Qualitätssicherungsmaßnahmen zu untersuchen, um eine potenzielle Belastung vorzubeugen“, sagt Kurt Thaxton, TD-Produktlinien-Manager von Gerstel. Das Unternehmen ist eines der führenden Anbieter analytischer Lösungen für die Thermodesorption.

Wichtiger Einsatzbereich Automobilbau

Seit mehr als 25 Jahren liefert das Unternehmen unter anderem der Automobilindustrie eine Analysentechnik, mit der sich Materialemissionen zuverlässig untersuchen und bestimmen lassen. Frühzeitig sei die Herausforderung erkannt worden, die mit der Bestimmung vor allem höher siedender halbflüchtiger organischer Verbindungen (SVOC) einhergeht. Kurt Thaxton: „SVOCs gelten als wichtigste Quelle für die als Fogging bezeichneten Ausgasungen aus Werkstoffen und Werkstoffbestandteilen, die sich unter anderem mit einem eintrübendem Effekt auf der Windschutzscheibe niederschlagen oder auch für unangenehme Gerüche im Wageninnern verantwortlich gemacht werden.“ Manche der Materialausgasungen könnten Unwohlsein und allergische Reaktionen hervorrufen.

Entwicklung von Lösungen für die Thermodesorption

Bei der Entwicklung geeigneter thermodesorptionsbasierter Analysensysteme habe sich das Unternehmen vor allem an der Bestimmung von schwerflüchtigen organischen Verbindungen (SVOC) orientiert. „Um zu verhindern, dass Analyten während der Analyse kondensieren und damit verloren gehen oder verschleppt werden können, legen wir bei unseren Lösungen Wert auf kurze, gut beheizte, ventillose Probenwege“, erklärt Kurt Thaxton. Hierauf ließe sich zum Beispiel die Entwicklung des Kalt-Aufgabe-Systems (KAS) zurückführen, der weltweit am meisten eingesetzte PTV-Injektor. Wie der Experte erklärt, ermöglicht das KAS, sämtlich in einer Probe enthaltenen flüchtigen organischen Verbindungen auszufrieren, in Gänze anzureichern und ohne Verluste auf das GC/MS-System zu überführen. Auf diese Weise gelinge die Bestimmung auch unbekannter Chemikalien, die aus Materialien emittieren und die sich oft als Schlüssel bei der Diagnose von Problemen mit Materialemissionen erweisen. Bei Verwendung von auf Adsorbentien basierten Fallen, sagt Kurt Thaxton, wäre die verlustfreie Wiederfindung unbekannter, chemisch aktiver Analyten nicht gewährleistet.

Neuentwicklung setzt neue Maßstäbe

Normstiftende Organisationen richteten ihr Augenmerk zunehmend darauf, Werkstoffe in mikro-skalierten Messkammern [2] zu untersuchen, um schnell Auskunft über eine mögliche VOC/SVOC-Kontamination zu erhalten, schildert Kurt Thaxton. Zudem seien der Einsatz herkömmlicher Prüfkammern sowie Messungen in geschlossenen Wohn-, Büro oder Autoinnenräumen in der Regel überaus zeit- und kostenintensiv. „Um Organisationen wie die ISO oder ASTM zu unterstützen, haben wir unsere Produktpalette für die Thermodesorption um den TD 3.5+ erweitert“, berichtet der Experte weiter. Der TD 3.5+ erlaube etwa den Einsatz von 3,5-Zoll-TD-Röhren, die häufig in Standardmethoden verlangt werden. Das Pluszeichen symbolisierte ein erweitertes Leistungsspektrum:

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„Die Gerstel-Plus-Röhrchen nehmen 20 Prozent mehr Sorbensmaterial auf, als es herkömmlicherweise möglich ist.“ Diese erhöhte Kapazität biete ein Plus an Sicherheit und helfe, die Wiederfindung sehr flüchtiger Stoffe (VVOCs) zu steigern. Gegenüber anderen Thermodesorbern, die für die Handhabung von 3,5-Zoll-Röhrchen ausgelegt sind, zeichne sich der TD 3.5+ durch das Design der beheizten Zone aus: Das TD-Röhrchen wird bis ans Ende beheizt. „Das macht es möglich“, schildert Kurt Thaxton, „einerseits Röhrchen mit größeren Adsorbens-Mengen einzusetzen und andererseits Analyten verlustfrei wiederzufinden, da es keine kalten Stellen gibt, an denen Analyten verloren gehen oder verschleppt werden können.“

Großes Spektrum für die Analyse von VOC/SVOC

Obwohl die thermische Desorption ein Schwerpunkt der Standardisierung und Normierung der Messung von Materialemissionsstandards ist, werden auch andere Techniken weithin verwendet, etwa die Headspace-Analyse aus Gas-Sampling-Beuteln (z.B. Tedlar-Bags), die Festphasenmikroextraktion (SPME) von Fehlgerüchen oder auch die Pyrolyse-GC/MS zur Identifizierung von Polymeren und darin enthaltener Additive.

Mehr und mehr rücke zudem auch die dynamische Headspace (DHS) von kleinen beziehungsweise ganzen Prüfkörpern in mikroskalierten Messkammern in den Fokus, berichtet Kurt Thaxton, mit denen sich Emissionsprozesse auf kleinstem Raum und in kurzer Zeit erfolgreich simulieren und bewerten lassen. „Hier bietet sich die Gerstel-DHS-3.5+ als sinnvolle Ergänzung zur TD 3.5+ an, etwa als effektive Lösung bei der zeitaufgelösten Aufzeichnung von VOC/SVOC-Emissionen, sagt der TD-Experte.

Literatur:

[1] www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/355/dokumente/agbb-bewertungsschema_2015_2.pdf (22.10.2017)

[2] www.laborpraxis.vogel.de/damit-moebel-keine-gifte-ausduensten-a-617865/ (22.10.2017)

[3] Wikipedia (26.10.2017)

* G. Deußing: Redaktionsbüro Guido Deußing, 41464 Neuss

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