Niet-destructieve analyse van brandbestrijdingskleding op asbest/KMV
Ontwikkeling van een methode voor de niet-destructieve analyse van brandweerkleding voor asbest en kunstmatige minerale vezels.
Dr. Stefan Pierdzig1), Axel Meyer2), Dr. Jochen Kuhl2), Ralf Klaus Blecher1)
1) CRB Analyse Service GmbH, Bahnhofstraße 14, 37181 Hardegsen
2) MeyerundKuhl Spezialwäschen GmbH, Schmiedewiese 1, 37181 Hardegsen
Niet-destructieve analyse van brandweerkleding (PDF 1,8 MB)
Einleitung
In samenwerking met MeyerundKuhl Spezialwäschen GmbH werden in februari 2019 verschillende stoffen (PBI Matrix, Nomex, X55) verontreinigd met asbest voor de vervaardiging van brandweerkleding en de wasprestaties van het reinigingsproces van de asbestsoorten Chrysotil en Amosit werden beoordeeld door het asbestgehalte van deze stoffen voor en na het wassen te meten. Hiertoe werden de materiaalmonsters verbrand bij 450°C in een moffeloven en werden de assen geanalyseerd door middel van scannende elektronenmicroscopie als suspensiepreparaat overeenkomstig de richtlijn VDI 3866, deel 5, bijlage B:2017-06 met behulp van scannende elektronenmicroscopie (SEM)/röntgenmicro-analyse (EDX) (vgl. Blecher et al., 2019).
Deze methode bewees de hoge wasprestaties, maar aangezien het niet mogelijk is om stofmonsters van kleding te nemen voor routinetests op mogelijke asbest- of KMV-verontreiniging, werd een methode voor niet-destructieve bemonstering ontwikkeld en werd de doeltreffendheid ervan getest en gevalideerd.
Een niet-destructieve bemonstering van brandweerkleding na een operatie kan alleen worden uitgevoerd door oppervlakkig afgezet stof op te nemen met een geschikt medium. Daarnaast is er het probleem dat de kleding vaak nat is of in ieder geval vochtig na een operatie.
Klassieke monsternemingsmethoden voor stof met behulp van aluminium platen met geleidende koolstofflessen zijn uitgesloten omdat de hoeveelheid stof die kan worden verzameld te klein is. Het gebruik van stroken met een bepaalde lengte en breedte van de kleeffolie lijkt in de praktijk niet van toepassing.
Voorbereidende studies
Afbeelding 1: In de handel verkrijgbare pluizenwals met verwijderbare kleefplaten
Als praktische oplossing voor het nemen van een monster van grote oppervlakken op brandweerkleding werd uiteindelijk een in de handel verkrijgbare pluizenrol met verwijderbaar zelfklevend papier overwogen.
Aangezien een directe analyse van het kleefoppervlak van het papier niet mogelijk is vanwege het grote oppervlak en een veronderstelde geringe verontreiniging met kankerverwekkende vezels, moeten de minerale bestanddelen van het preparaat worden verrijkt. Hiertoe werden de papieren gedurende 8 uur bij 450 °C geashed, analoog aan de klassieke voorbehandelingsprocedures in de asbestanalyse - cf. VDI 3866, blad 5 - bij 450 °C. Vervolgens werd het asbest uit het papier verwijderd en werden de minerale componenten van het preparaat verrijkt.
Het asgehalte van het papier is zeer hoog met ongeveer 30 massaprocent, zodat de verrijking voor een betrouwbare detectie van kankerverwekkende vezels nog steeds te laag is, vooral omdat mogelijke vezels in de microkristallijne as van calciumcarbonaat (kalkpoeder) moeilijk te detecteren en analyseren zijn.
Een verdere verrijking van minerale componenten kan naar analogie van VDI 3866, blad 5, bijlage B:2017-06 worden uitgevoerd door de as te behandelen met 10% zoutzuur, vervolgens het monster in een bepaalde hoeveelheid water op te schorten en het te filteren door een goud-gedampt kernporige filter. Afhankelijk van de belasting van het filtreerpapier verrijkt deze verdere voorbehandeling minerale componenten minstens tien keer tot 50 keer (2% zuur onoplosbaar residu in de as van het zelfklevende papier) in een grotendeels leeg monster (zie figuren 2 en 3).
 |
 |
|
Afbeelding 2: papier met pluisjesrol, gemaakt van microkristallijn krijt |
Afbeelding 3: hetzelfde monster na een zure behandeling op een goud-verdampt kernporige filter met een kernspoorfilter |
Testen van bemonsterings- en analysemethoden op een verontreinigde brandweermansjas
Testopstelling, bemonsteringsprocedure
Afbeelding 4: Voorbereiding op de besmetting van een brandweermansjasje
MeyerundKuhl Spezialwäschen GmbH leverde een afgedankte brandweerjas die bij de simulatie van de bedrijfsomstandigheden aan 2 soorten asbest en kunstmatige minerale wol zou worden blootgesteld.
Hiervoor werd 100 mg chrysotiel (wit asbest), amosiet (bruin asbest) en kunstmatige minerale vezels (commerciële glaswol) per stuk gewogen.
De hals, de mouwen en de tailleband van het testjack werden verzegeld met plakband en het jack en de 3 vezelmonsters werden in een 100 l-trommel met een afsluitbaar deksel geplaatst.
Afbeelding 5: Experimentele regeling voor de toepassing van asbest en KMV op het testjasje
De gesloten boei werd gedraaid, gedraaid en gerold gedurende 2 minuten, waarna de jas werd verwijderd en gemeten op de volgende posities.
- Mouwen links
- rechtermouw
- voorzijde
- achterst
het oppervlak van de jas wordt uitgerold met de pluiswals. Een afstand van 60 cm werd drie keer uitgerold in elk van de vier gebieden, wat resulteerde in een bemonsterde oppervlakte van ongeveer 1800 cm2, dat wil zeggen bijna 0,2 m2, voor de breedte van de rol van 10 cm.
In een tweede experimentele stap werd een liter water toegevoegd aan de mantel en de resterende vezels in de loop (simulatie van regen, bluswater) en het proces van het rollen van de loop en het bemonsteren van de 4 meetbereiken op de natte mantel werd herhaald. Dit moet duidelijk maken of de pluizenwalstest ook op natte kleding kan worden uitgevoerd.
Afbeelding 6: Blanco monster en 4 zelfklevende papieren voor droge en natte monsterneming
Uitvoering van de analyse
Een blancomonster en in totaal 8 zelfklevende papiersoorten werden bij 450 °C verast, zoals beschreven onder punt 2. De volgende tabel geeft een overzicht van de verschillende soorten papier met een temperatuur van 450 °C. Een klein deel van de as werd direct als strooipreparaat bereid, 50 mg van de resterende as werd behandeld met zuur, gesuspendeerd in 250 mg water en 20 ml van de suspensie werd gefiltreerd door een goud-gedampt poriënfilter met een poriënbreedte van 0,8 µm. De analyse van het zwerfafval en de filterpreparaten is uitgevoerd volgens richtlijn VDI 3866, blad 5, waarbij hier alleen een kwalitatieve evaluatie is uitgevoerd en geen kwantificering van de meetresultaten, bijvoorbeeld in vezel cm-2-weefsel, is uitgevoerd vanwege de hoge dichtheid van de coating.
 |
 |
| Afbeelding 7: Nestvoorbereidingshoezen droog gelaten - Chrysotil | Afbeelding 8: Filtervoorbereidingshoezen droog laten drogen - Chrysotiel |
 |
 |
| Afbeelding 9: Nestvoorbereidingshoezen droog gelaten - Amositol | Afbeelding 10: Filtervoorbereidingshoesje droog gelaten - Amosiet |
 |
 |
| Afbeelding 11: Droogstrooiselvoorbereidingshoezen links - glaswol | Afbeelding 12: Filtervoorbereidingshulzen droog gelaten - glaswol |
Resultaten: Beide soorten asbest en glaswol konden in alle 8 deelmonsters worden gedetecteerd.
Zoals verwacht is de zichtbaarheid van de afzonderlijke vezels in de met zuur behandelde en gefilterde monsters aanzienlijk beter dan in de preparaten van het strooisel (zie figuren 7 tot en met 12).
Een zogenaamd kleine hoeveelheid van 100 mg asbest en glaswol op een jasje in 100 l ton leidt tot een aanzienlijke vezelbelasting op het kledingoppervlak en kan na bemonstering met een pluizenwals met behulp van een gestandaardiseerde testmethode voor asbest (VDI 3866, blad 5) betrouwbaar worden gedetecteerd.
Controle van de testprocedure op kleding van een toepassing met mogelijke asbestvervuiling
Gelijktijdig met het onderzoek van het door ons besmette brandweermansjack kregen we van MeyerundKuhl Spezialwäschen GmbH een set van 3 broeken en 4 jassen van een echte brandbestrijdingsmissie met vermoedelijke asbestverontreiniging. De kledingstukken werden individueel verpakt in verzegelde plastic zakken. Eén jasje was droog, alle andere kledingstukken waren vochtig tot nat.
Op deze monsters werd de pluizenwalstest herhaald met analyse als strooi- en filtervoorbereiding en bovendien werd een bemonstering van de binnenkant van de zakken uitgevoerd met aluminium platen voorzien van geleidende carbon pads.
Resultaten
- Schar steekproef binnenzak: 2 van de 7 steekproeven toonden chrysotielasbest in de schar: 2 van de 7 steekproeven toonden chrysotielasbest
- Verspreidende voorbereiding van het ashechtpapier: Chrysotielasbest werd ontdekt in 6 van de 7 monsters onder verhoogde analytische inspanning (verhoogd evaluatiegebied)
- Zuur behandelde as van zelfklevend papier, filtervoorbereiding: in alle 7 monsters gedetecteerd chrysotielasbest
 |
 |
| Afbeelding 13: Voorbereiding van het afval - Chrysotil | Afbeelding 14: Filtervoorbereiding - Chrysotiel |
Evaluatie van de wasprestaties na reiniging van de testjas door MeyerundKuhl Spezialwäschen GmbH.
Na afloop van de tests werd de testjas overhandigd aan MeyerundKuhl Spezialwäschen GmbH voor reiniging volgens hun speciale wasprocedures voor verontreinigde brandweerkleding, gereinigd en teruggegeven aan ons.
Volgens de onder punt 3 beschreven procedure werden de mouwen links en rechts, voor en achter met een pluizenwals bemonsterd en de monsters onderzocht als strooisel- en filterpreparaten. Om een betrouwbaar testresultaat te verkrijgen, werd de analytische inspanning verhoogd ten opzichte van VDI 3866, werden blad 5 en 100 mm2 (vanaf 380 mm2) gebied per specimen geanalyseerd bij verschillende vergrotingen.
Resultaten
In geen van de 4 preparaten kon één van de twee soorten asbest of glaswol worden gedetecteerd. Er kan dus van worden uitgegaan dat de wasprestaties voor alle drie de vezeltypes volledig zijn dankzij de reiniging door MeyerundKuhl Spezialwäschen GmbH of dat de resterende vervuiling zo gering is dat deze niet meer door een redelijke analytische inspanning kan worden aangetoond.
|
 |
| Afbeelding 15: gereinigd - mouwen links | Afbeelding 16: gereinigd - rechtermouw |
 |
 |
| Afbeelding 17: gereinigd - voorzijde | Afbeelding 18: gereinigd - achterkant |
Beoordeling van de detectiegevoeligheid van de methode
Alle benaderingen voor het schatten van de detectiegevoeligheid van een asbestanalysemethode op basis van de hier beschikbare materiaal- of stofmonsters zijn massagerelateerd (zie VDI 3866, blad 5, BIA/IFA-methode 7487, ISO 22262-2).
Voor de hier gebruikte testmethode volgens VDI 3866, deel 5, bijlage B:2017-06, kan dus worden uitgegaan van een detectiegevoeligheid van 0,001 massapercentage asbest/KMV of beter in as. Dit zegt echter in eerste instantie niets over de blootstelling van het kledijoppervlak aan vezelstructuren (enkelvoudige vezels, vezelbundels) en het mogelijke vezelafgiftepotentieel na gebruik.
Tabel 1: Berekening van de aantoonbaarheidsgrens voor de analyse van asbest en KMV op brandweerkleding
Op de 7 exemplaren van de onderzochte brandweerkleding (cf. hoofdstuk 4) uit een echte operatie, onder standaardomstandigheden van een asbesttest volgens VDI 3866, kon blad 5 (geëvalueerde oppervlakte 43 mm2 filteroppervlak bij 50x, 200x, 1000x en 2000x vergroting op het beoordelingsscherm) tussen de 4 en 16 vezelstructuren worden gedetecteerd. Volgens de eerste beoordeling en in vergelijking met de filterpreparaten van de mantel die kunstmatig aan asbest en KMV zijn blootgesteld, met enkele duizenden vezelstructuren per mm2 , lijkt dit een vrij geringe verontreiniging te zijn, die echter op betrouwbare wijze kan worden aangetoond.
De Poisson-statistieken worden gebruikt om de detectiegevoeligheid van de methode te berekenen op basis van VDI 3492, Measurement of Indoor Air Pollution. Vereenvoudigd betekent dit dat bij een telresultaat van "0 vezels" de werkelijke waarde tussen 0 en 2,996 vezels ligt met een waarschijnlijkheid van 95 %.
Uit de parameters voor monstervoorbereiding en analyse (zie tabel 1) resulteert de bovenste Poissonwaarde 3 (met een telresultaat van 0) in een detectiegevoeligheid van 0,4 vezels per cm2 of 3682 vezels per m2 weefsel.
Samenvatting
Testen op kleding van een brandweermissie met mogelijke asbestverontreiniging en een testmantel met 3 vezelsoorten tonen aan dat het gebruik van een pluizenwals een geschikte methode is om mineraal stof op te vangen voor latere analyse. Dit type monsterneming werkt met zowel droge als natte/vochtige kleding.
Richtlijn VDI 3866, blad 5:2017-06 biedt een geschikte en betrouwbare analysemethode voor het verrijken van minerale, vezelige componenten in het monster door middel van verassing, zure behandeling en suspensie/filtratie en voor het detecteren van minerale, vezelige componenten in de filtervoorbereiding met behulp van SEM/EDX met voldoende gevoeligheid.
De Poisson-statistieken schatten de detectiegevoeligheid van de methode op 0,4 vezelstructuren per cm2 stof.
Literatuur
Blecher, Kuhl, Meyer & Pierdzig - Testverfahren zur Waschleistung / Dekontaminierung von Feuerwehrtextilien bei Asbest-Belastung, 2019
IFA/BIA 7487:1997-04 - Verfahren zur analytischen Bestimmung geringer Massengehalte von Asbestfasern in Pulvern, Pudern und Stäuben mit SEM/EDX
ISO 22262-2:2014-09 - Luftqualität - Feststoffe - Teil 2: Quantitative Bestimmung von Asbest mit gravimetrischen und mikroskopischen Verfahren
VDI 3492:2013-06 - Messen von Innenraumluftverunreinigungen - Messen von Immissionen - Messen anorganischer faserförmiger Partikel - Rasterelektronenmikroskopisches Verfahren
VDI 3866, Blatt 5:2017-06 - Bestimmung von Asbest in technischen Produkten - Rasterelektronenmikroskopisches Verfahren
