Einstufung und Wirkung chemischer Verunreinigungen

Einstufung chemischer Verunreinigungen

Einstufung nach der Erscheinungsform

Aerosole

Ein Aerosol ist eine Dispersion von festen oder flüssigen Teilchen, die kleiner als 100 µm sind, in einem gasförmigen Medium. Im Bereich der Aerosole gibt es eine Reihe von physikalischen Zuständen, die wir unten definieren:

• Pulver (Staub): Feste, fliegende Partikel, die aus physikalischen Desintegrationsprozessen resultieren. Die Größen liegen zwischen 0,1 und 25 µm.
• Flüssigkeitsnebel (Mist): In der Luft schwebende Flüssigkeitströpfchen, die durch Kondensation aus einem gasförmigen Zustand oder durch den Zerfall einer Flüssigkeit (Spray) entstehen. Die Größe reicht von 0,01 bis 10 µm.
• Nebel (Fog): Definierte Flüssigkeitströpfchen in der Luft, die mit bloßem Auge erkennbar sind und durch Kondensation des gasförmigen Zustands verursacht werden. Die Größe liegt zwischen 2 und 60 µm.
• Rauch (Smoke): Feste, fliegende Partikel aus unvollständigen Verbrennungsprozessen. Die Größe beträgt weniger als 0,1 µm.
• Metallrauch (Metallic Smoke): Schwebeteilchen aus massivem Metall, die in einem Prozess der Verdichtung aus dem gasförmigen Zustand entstehen (Sublimation oder Verdampfung eines Metalls), oft begleitet von einer chemischen Oxidationsreaktion. Die Größe ist vergleichbar mit Rauch.

Gase

Normaler physikalischer Zustand der Materie bei 25 °C. Gase sind amorphe Fluide, die den Raum einnehmen, der sie enthält, und ihren körperlichen Zustand durch eine Kombination von Druck und Temperatur ändern. Es handelt sich um molekulare Teilchen, die verteilt werden können.

Dampf (Steam)

Gasförmige Phase eines Stoffes, der unter Normalbedingungen fest oder flüssig ist.

Einstufung nach Auswirkungen auf den Organismus

• Irritantien: Stoffe, die Entzündungen hervorrufen, insbesondere durch chemische Einwirkung auf die Schleimhäute der Atemwege.
• Pneumokoniotische Stoffe: Feste Chemikalien, die sich in der Lunge ablagern und dort ansammeln, was zu einer Fibrose führt.
• Systemische Toxine: Chemische Verbindungen, die unabhängig von ihrem Eintrittsweg im gesamten Körper verteilt werden und Auswirkungen auf verschiedene Organe haben.
• Anästhetika und Narkotika: Chemikalien, die dämpfend auf das zentrale Nervensystem wirken.
• Karzinogene: Stoffe, die das ungeordnete Wachstum von Zellen (Krebs) erzeugen oder verstärken.
• Allergene: Ihre Wirkung ist durch zwei Umstände gekennzeichnet: Erstens wirken sie nicht auf alle Menschen, und zweitens treten sie nur bei sensibilisierten Personen auf.
• Erstickende Stoffe (Asphyxiantien): Stoffe, die die Zufuhr von Sauerstoff in das Gewebe verhindern könnten.
• Dermatose-Erzeuger: Substanzen, die unabhängig von anderen toxischen Wirkungen Hautveränderungen hervorrufen, wie z. B.:
  • Primäre Reizwirkung
  • Allergische Sensibilisierung
  • Photosensibilisierung

Eigenschaften der Partikel

Partikel-Aerosole besitzen besondere Eigenschaften, die aus Sicht der Gefahren am Arbeitsplatz wichtig sind. Der wichtigste Parameter ist die Partikelgröße, da sie bestimmt, ob ein Aerosol die Alveolen erreichen und Schäden verursachen kann. Die Partikelgröße hängt hauptsächlich vom Prozess der Aerosolbildung ab.

Staub (Pulver)

Staub kann auf verschiedene Weise definiert werden. Eine akzeptierte Definition umfasst alle festen Teilchen jeder Größe und Art, die in der Luft schweben oder dazu in der Lage sind.

Merkmale

Der Begriff umfasst alle Systeme von festen Teilchen, die durch ein gasförmiges Medium verstreut sind. Diese Systeme bestehen aus der dispersen Phase (Partikel) und dem Dispersionsmittel (Luft). Wenn die Teilchen unterschiedliche Größen haben, nennt man sie polydisperse Aerosole; haben alle Teilchen eine ähnliche Größe, sind sie monodispers.

Wenn die Partikel in einem Luftgemisch abgeschieden werden und der Anteil der Gasphase vergleichsweise gering ist, spricht man von einem Airgel.

Aerosole sind in ihrer Zusammensetzung nicht konstant. Masse und Dichte schwanken mit der Zeit durch die Abscheidung großer Partikel (Schwerkraft) sowie durch die Brownsche Molekularbewegung und die Agglutination kleiner Partikel.

Die Brownsche Bewegung ist eine ungeordnete Bewegung feinster Teilchen, die durch molekulare Kollisionen erzeugt wird. Infolgedessen können Partikel miteinander kollidieren, verklumpen oder an Wänden hängen bleiben.

Weitere Faktoren, welche die Koagulation (Zusammenballung) beeinflussen, sind die Homogenität, die Größe, die Thermophorese und elektrische Ladungen. Die Koagulation ist schneller, je größer die Partikelgröße ist. Kleine Partikel gleicher Größe haben wenig Neigung, sich zu vereinen. In polydispersen Aerosolen ist die Koagulation schneller, da größere Partikel als Kerne wirken, die kleinere Teilchen anziehen.

Der Effekt der Thermophorese besagt: Wenn ein Gas Kontakt mit einer Oberfläche hat und ein Temperaturunterschied besteht, erhöht sich die Brownsche Bewegung der Gasteilchen, wenn der Körper heißer als das Gas ist, und verlangsamt sich, wenn der Körper kälter ist. Bei Aerosolen führt dies dazu, dass Partikel von warmen Oberflächen abgestoßen werden und sich an kälteren Oberflächen eher absetzen.

Elektrisch geladene Teilchen entstehen oft durch Reibung. Gleiche Ladungen hemmen die Koagulation, während unterschiedliche Ladungen die Konzentration und Zusammenballung fördern. Mit der Zeit bildet sich oft eine Luftschicht um den Staub, die die Verklumpung nach einer Weile verhindert.

Dynamisches Verhalten von Schwebeteilchen

Wenn Staub in der Luft schwebt, unterliegt er der Schwerkraft. Die Anziehungskraft lässt die Partikel fallen. Während des Falls führt die Reibung mit der Luft zu einem Widerstand. Wenn der Luftwiderstand die Anziehungskraft ausgleicht, erreicht das Teilchen eine gleichförmige Geschwindigkeit, die als Terminal Velocity (Endgeschwindigkeit) bezeichnet wird. Bei kleinen Partikeln ist diese Geschwindigkeit sehr gering und wird oft in Zentimetern oder Millimetern pro Stunde gemessen.

Erzeugung und Dispersion

Die Staubentwicklung wird als physikalischer oder chemischer Prozess definiert, bei dem Partikel aus einem Ruhezustand in der Luft suspendiert werden. Staubwolken bilden sich durch zwei Entwicklungen:

• Primäre Wirkung: Mechanische oder pneumatische Projektion von Feinstaub mit hoher Geschwindigkeit aus dem Ruhezustand.
• Sekundäre Luftströmungen: Diese führen die staubige Luft über den Ort der Entstehung hinaus.

Die Trägheitsbewegung dient als Transportmittel für feines Pulver. Diese Bewegung kann unidirektional sein (z. B. bei einer Schleifmaschine) oder multidirektional (z. B. beim Meißeln auf Stein). Ein weiterer Grund ist die induzierte Luftbewegung beim Entladen von Material in Silos.

Klassifizierung von Industriestaub

Industriestaub kann eingeteilt werden nach:

• Größe
• Form
• Zusammensetzung
• Wirkung

Klassifizierung nach Größe

• Sedimentierbarer Staub: Aufgrund seines Gewichts lagert er sich schnell ab. Größe: 10 bis 15 Mikrometer.
• Einatembarer Staub: Kann in die Atemwege gelangen. Größe: weniger als 10 Mikrometer.
• Alveolengängiger Staub: Kann bis in die Lungenbläschen vordringen. Größe: kleiner als 5 Mikrometer.
• Sichtbarer Staub: Mit bloßem Auge erkennbar. Größe: größer als 40 Mikrometer.

Klassifizierung nach Form

• Eigentlicher Staub: Feste Teilchen in der Schwebe, keine Fasern.
• Fasern: Partikel länger als 5 Mikrometer, mit einem Durchmesser von weniger als 3 Mikrometer und einem Länge-Breite-Verhältnis von mehr als 3:1.

Klassifizierung nach Zusammensetzung

• Tierisch: Daunen, Pelz, Leder, Knochen.
• Pflanzlich: Pollen, Mais, Stroh, Tabak, Hanf.
• Mineralisch: Metalle, Asbest, etc.

Klassifizierung nach Wirkung

• Pneumokoniogener Staub: Erzeugt irreversible Veränderungen in der Lunge (Pneumokoniose), z. B. Staub mit freier kristalliner Kieselsäure (Silikose).
• Toxischer Staub: Hat eine primäre giftige Wirkung, z. B. Bleioxid.
• Krebserzeugender Staub: Kann bösartige Tumore verursachen (z. B. Asbest, Chromate, Arsen, Cadmium, Nickel, Beryllium).
• Inerter Staub: Verursacht keine nennenswerten physiologischen Veränderungen, führt aber oft zu Beschwerden oder leichten Atemwegserkrankungen.

Pneumokoniose

"Die Ansammlung von Staub in den Lungen und die Gewebereaktionen auf diesen Staub". Es gibt zwei Arten:

• Kollagene Pneumokoniose: Reaktionen mit dauerhafter Zerstörung der Alveolarstruktur durch fibrogenen Staub (Kieselsäure, Asbest).
• Nicht-kollagene Pneumokoniose: Die alveoläre Struktur bleibt erhalten; die Reaktion kann reversibel sein (z. B. bei Eisen, Zinn, Barium).

Silikose

Eine Krankheit, die durch freie Kieselsäure (SiO₂) verursacht wird und durch noduläre Fibrose sowie Funktionsstörungen der Atmung gekennzeichnet ist.

Verursacher: Freie kristalline Kieselsäure oder Siliziumdioxid (SiO₂). Nicht zu verwechseln mit Silikaten, bei denen Silizium mit anderen Elementen verbunden ist.

Erscheinungsformen:

• Kristallin: Quarz (am häufigsten), Tridymit und Cristobalit.
• Kryptokristallin: Chalcedon (Achat), Opal, Tripel und Feuerstein.
• Amorph: Diatomeenerde oder Kieselgur.

Silikatose

Silikate sind natürliche Mineralien aus SiO₂ in Verbindung mit Ca, Mg, Fe, Al und anderen Stoffen. Unterteilung:

• Fibrös: Asbest, Talkum, Serizit und Sillimanit.
• Nicht-fibrös: Kaolin, Bentonit und Glimmer (Micas).

Asbestose

Eine diffuse kollagene Fibrose der Lunge durch Einatmen von Asbest. Der Begriff "Asbest" stammt aus dem Griechischen und bedeutet unauslöschlich oder unzerstörbar.

Talkose

Eine diffuse kollagene Fibrose durch Einatmen von Talk. Der Wirkstoff ist ein Magnesium-Silikat-Hydrat (Formel: Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂), das auch Kalzium (Ca), Aluminium (Al) oder Eisen (Fe) enthalten kann. Eine kryptokristalline Form wird als Speckstein bezeichnet. Diese Verbindungen sind oft mit Quarzmehl, Magnesium, Dolomit, Calcit, Anthophyllit und Tremolit assoziiert. Die letzten beiden sind faserige Mineralien, die mit der Bildung von Talk-Asbestin in Verbindung stehen.