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Formaldehyd

Formaldehyd in Innenraumluft sicher und effizient nachweisen

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

Abb. 1: MPS-HPLC/UV-Komplettsystem zur Bestimmung von Formaldehyd (und Acetaldehyd) in Luftproben
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Abb. 1: MPS-HPLC/UV-Komplettsystem zur Bestimmung von Formaldehyd (und Acetaldehyd) in Luftproben (Bild: Anatune/Gerstel)

Formaldehyd ist eine vielseitig eingesetzte, bei Raumtemperatur gasförmige Chemikalie. Allerdings ist Formaldehyd giftig und kann Krebs erzeugen. Bei Verdacht einer Kontamination sollten Materialemissionen und Innenraumluft daher auf die Anwesenheit von Formaldehyd untersucht werden.

Wird Methanol unter geeigneten Bedingungen katalytisch oxidiert, entsteht Methanal, der einfachste Vertreter der aliphatischen Aldehyde, besser bekannt unter seinem Trivialnamen „Formaldehyd“. Die weltweite Jahresproduktion von Formaldehyd lag im Jahr 2007 bei rund 21 Millionen Tonnen; in Europa wurden damals vier Millionen Jahrestonnen produziert. Dass sich diese Werte bis dato reduziert haben sollten, ist eher unwahrscheinlich.

Formaldehyd ist hoch reaktiv und kostengünstig herzustellen. Die Chemikalie wird im großen Stil eingesetzt u. a. zur Harz- und Kunststoffherstellung. Formaldehyd wird Klebstoffen für die Produktion von Spanplatte und Pressholz zugesetzt, es dient als Additiv in Desinfektionsmitteln sowie als Hilfsmittel in der Textil-, Leder-, Pelz- und Papierindustrie. Zudem wird Formaldehyd für die Produktion bestimmter Düngemittel und Farben sowie für zahlreiche Gebrauchsgegenstände und Kosmetika verwendet. [1]

Formaldehyd ist allgegenwärtig

Um den Bedarf zu decken, wird Formaldehyd synthetisiert; erstmals in reiner Form im Jahr 1882 vom deutschen Chemiker August Kekulé. Man findet die Verbindung auch in der Natur. Sie entsteht als rasch zerfallendes Zwischenprodukt beim photochemischen Abbau organischer Spurenstoffe, im Verlauf unvollständiger Verbrennungsprozesse, beim Räuchern von Fleisch und Fisch. Bakterien produzieren Formaldehyd, es kommt im Stoffwechsel verschiedener Aminosäuren vor und in verschiedenen Obst- und Gemüsesorten wurde Formaldehyd ebenfalls nachgewiesen.

Wissenschaftler schätzen, dass die Allgemeinbevölkerung täglich gegenüber 0,02 mg in der Außenluft und gegenüber 1,5 bis 14 mg im Lebensmittel pro Person exponiert ist [2]. Was nicht bedeutet, dass Formaldehyd harmlos ist. Das Gegenteil ist der Fall. Wie immer gilt auch hier der Grundsatz: Die Dosis macht das Gift. Ab einem Konzentrationsbereich von 0,1 bis 1 ppm reizt Formaldehydgas Augen und Atemwege; oberhalb von 10 mL/m3 wurden schwere Störungen der Atmung und des Leberstoffwechsels beschrieben, und ab 25 mL/m3 besteht Lebensgefahr, die sich in der Ausbildung von Lungenödemen widerspiegelt.

Neben seiner Giftigkeit kann die Exposition mit Formaldehyd unter Arbeitsplatzbedingungen (6 Stunden/Tag, 5 Tage/Woche) über einen längeren Zeitraum die Entstehung von Krebserkrankungen begünstigen, ergab der Tierversuch mit Ratten (6 ppm) und Mäusen (14 ppm). Bislang hat zwar keine epidemiologische Studie schlüssige Hinweise auf ein vergleichbares, erhöhtes Krebsrisikos beim Menschen durch Formaldehyd geliefert. Um kein Risiko einzugehen, hat der Gesetzgeber die Belastung von Innenräumen mit Formaldehyd auf 0,1 ppm (12 mg/m3) als Richtwert beschränkt. Diesen Wert im Verdachtsfall zu bestimmen, fällt in den Aufgabenbereich der instrumentellen Analytik.

HPLC-Komplettsystem für die Formaldehyd-Analytik

Zum Nachweis und zur Quantifizierung von Formaldehyd bedient man sich photochemischer Methoden sowie gas- und flüssigchromatographischer Verfahren mit und ohne Derivatisierung. Wie so oft stellt sich im Rahmen der Methodenentwicklung und -anwendung die Frage nicht nur nach ihrer Wirksam- und Zuverlässigkeit sondern auch nach ihrer Effizienz. Genannte Aspekte unter einen Hut zu bringen, war das Ziel von Dan Carrier, Applikationsexperte der Firma Anatune.

Das in England beheimatete Unternehmen hatte es sich zur Aufgabe gestellt, ein HPLC-Komplettsystem aufzulegen, mit dem es möglich ist, Formaldehyd und andere kurzkettige Aldehyde und Ketone auf sichere und anwenderfreundliche Weise bei gleichzeitig hohem Durchsatz in Luftproben zu bestimmen. Wesentlich sei für das Ziel der Arbeit die Automatisierung der Probenvorbereitung insbesondere der Schritt der Elution der derivatisierten Stoffe samt Filtration des Extrakts gewesen, berichtet Dan Carrier.

Die gerätetechnische Basis der Anatune-Systemlösung bildet ein HPLC-System 1260 mit integriertem UV-Detektor von Agilent Technologies, ein Gerstel-Multi-Purpose-Sampler (Dualhead-MPS) mit zwei Türmen/Spritzen zum Handling unterschiedlicher Flüssigkeitsvolumina sowie einer von Anatune entwickelten Einheit (Anatune 300 Automated DNPH Unit) zur Handhabung mit einem speziellen Filtersystem ausgestatteter Kartuschen, die als Festphase 2,4-dinitrophenylhydrazin (DNPH) enthalten; mit diesen Kartuschen erfolgt die Entnahme von Luftproben. DNPH dient der Derivatisierung des Formaldehyds beziehungsweise wird Formaldehyd bei Durchströmen der Luft an das DNHP chemisch gebunden.

Im Zuge der manuellen Vorgehensweise erfolgt an dieser Stelle eine zeit- und arbeitsaufwändige Extraktion des gebundenen Analyten mit Acetonitril. Dazu wird die Kartusche auf eine Vakuumkammer gesetzt. Das Ende des Elutionsprozesses geschieht nach Augenmaß. Es folgt ein Schütteln der Probe von Hand sowie ein manueller Filtrierschritt zur Entfernung und die anschließende Chromatographie störender Feststoffe aus dem Extrakt, der aliquotiert zur HPLC-Analyse gelangt.

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