DIN 33899-2-2014 Workplace exposure - Guide for the use of direct-reading instruments for aerosol monitoring - Part 2 Evaluation of airborne particle concentrations using Optical P.pdf

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1、Februar 2014DEUTSCHE NORM Normenausschuss Sicherheitstechnische Grundstze (NASG) im DINPreisgruppe 12DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.040.30!%*l“2077391ww

2、w.din.deDDIN 33899-2Exposition am Arbeitsplatz Leitfaden fr die Anwendung direkt anzeigender Gerte zurberwachung von Aerosolen Teil 2: Ermittlung der Konzentration luftgetragener Partikel mitoptischen PartikelzhlernWorkplace exposure Guide for the use of direct-reading instruments for aerosol monito

3、ring Part 2: Evaluation of airborne particle concentrations using Optical Particle CountersExposition au poste de travail Guide dutilisation des instruments lecture directe pour la surveillance des arosols Partie 2: valuation des concentrations de particules en suspension dans lair laide decompteurs

4、 optiques de particulesAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 23 SeitenDIN 33899-2:2014-02 2 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 5 4 Verfahrensgrundstze 5 4.1 Allgemeines . 5 4.2 Lichtstr

5、euung 6 4.3 Arbeitsweise 7 5 OPZ-Leistungsmerkmale . 7 6 Anzahl- und Massenkonzentration . 7 7 Massenkonzentration thorakaler und alveolengngiger Aerosolfraktionen 8 8 Einsatz des OPZ 10 8.1 Allgemeines . 10 8.2 Einstellung des Luftvolumenstroms. 10 8.3 Kalibrierung zur Partikelzhlung . 10 8.4 Kalib

6、rierung des Partikeldurchmessersignals 10 8.5 Anzeige der Massenkonzentration 10 9 Grundlegende und praktische Beschrnkungen 11 9.1 Optischer Brechungsindex und Partikeldichte . 11 9.2 Messgerte fr Vorwrtsstreuung 11 9.3 Beschrnkung der Partikelgre 11 9.4 Koinzidenzfehler und Konzentrationsbeschrnku

7、ngen . 12 9.5 Aerosole aus unterschiedlichen Quellen . 12 10 Eigenschaften der Gerteausstattung 12 10.1 Ansaugsystem 12 10.2 Eingebautes Sammelfilter 12 10.3 Probenahmekopf. 12 10.4 Optische Zelle . 13 10.5 Elektronik . 13 10.6 Gehuse fr Lasergerte . 13 11 Aerosolmessung mittels OPZ 13 11.1 Betriebs

8、ablauf . 13 11.2 Kartographie des Arbeitsplatzes. 14 11.3 berwachung der Arbeitsschicht . 14 11.4 Dokumentation der Probenahme 14 11.5 Reinigung und Wartung . 14 Anhang A (informativ) Bewertung eines OPZ als Messgert fr thorakale und alveolengngige Massenkonzentrationen . 15 Anhang B (informativ) Be

9、ispiel fr die Bestimmung des Korrekturkoeffizienten eines OPZ 20 Literaturhinweise . 23 DIN 33899-2:2014-02 3 Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitskreis Staub” (NA 095-03-01-01 AK) des Arbeitsausschusses Messstrategien und Anforderungen an Messverfahren” des Normenausschusses Sicherheitstechnische Gr

10、undstze (NASG) im DIN erarbeitet. Der Norm liegt in modifizierter Fassung die deutsche bersetzung des CEN Technischen Berichts CEN/TR 16013-2:2010 zu Grunde, der unter Beteiligung deutscher Experten vom Technischen Komitee CEN/TC 137 Bewertung der chemischen und biologischen Stoffbelastung am Arbeit

11、splatz” (Sekretariat: DIN, Deutschland) erarbeitet wurde. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Gegenber CEN/TR

12、 16013-2:2010 wurde in der Einleitung ein Hinweis auf so genannte Aerosolspektrometer ergnzt. Darber hinaus wurden Abschnitt 2 und Abschnitt 3 neu aufgenommen sowie insbesondere 8.2, 9.3 und Abschnitt 10 berarbeitet. DIN 33899, Exposition am Arbeitsplatz Leitfaden fr die Anwendung direkt anzeigender

13、 Gerte zur berwachung von Aerosolen besteht aus: Teil 1: Auswahl des Monitors fr besondere Anwendungsflle Teil 2: Ermittlung der Konzentration luftgetragener Partikel mit optischen Partikelzhlern Teil 3: Ermittlung der Konzentration luftgetragener Partikel mit Photometern DIN 33899-2:2014-02 4 Einle

14、itung Optische Partikelzhler (OPZ) zhlen luftgetragene Partikel und sind daher zum Messen von Konzentrationen geeignet, die als Partikelanzahl je Einheit Luftvolumen angegeben werden. Beim zhlbasierten Messen der Massenkonzentration und der Partikelgrenbeurteilung handelt es sich um ein indirektes V

15、erfahren: eine Reihe von Annahmen und Annherungen werden vorgenommen, um die gesuchte Information zu erhalten. Dennoch knnen optische Partikelzhler genutzt werden, um die Effizienz vorbeugender Manahmen zu bewerten und um die rumliche Verteilung und/oder die zeitliche Entwicklung eines Aerosols zu b

16、erwachen. Im Rahmen der Arbeitsplatzhygiene gibt es keine Norm, die eine Bewertung der Exposition von Arbeitskrften mittels optischer Partikelzhler vorschlgt. Diese Instrumente sollten stattdessen dahingehend bercksichtigt werden, dass sie eine zum konventionellen filterbasierten gravimetrischen Ver

17、fahren ergnzende Vorgehens-weise gestatten. Die anhand von OPZ-Daten abgeschtzten Massenkonzentrationen sind nur als Anhaltspunkte anzusehen und knnen nicht fr einen direkten Vergleich mit einem gesetzlich vorgeschriebenen Arbeitsplatzgrenzwert herangezogen werden. Ein OPZ-Verfahren gestattet die Be

18、wertung der Aerosolbedingungen am Arbeitsplatz einschlielich annhernd verzgerungsfreier Bewertung der Partikel(anzahl)konzentration und der Grenverteilung, Abschtzung der Konzentrationsschwankungen und der mittleren Konzentration von Aerosolpartikeln whrend der Dauer einer Arbeitsschicht, Probenahme

19、 zur Bildung einer Partikelprobe zur weiteren Analyse (bei Ausstattung mit einem Endfilter). Nach dem gleichen Prinzip funktionieren so genannte optische Aerosolspektrometer (siehe ISO 21501-1), deren Anwendung in dieser Norm jedoch nicht konkret beschrieben wird. Optische Partikelzhler fr Reinrauma

20、nwendungen (siehe ISO 21501-4) sind fr Messungen am Arbeitsplatz nicht geeignet. DIN 33899-2:2014-02 5 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt die Grundstze fest, die der Bewertung einer oder mehrerer gesundheitsrelevanter Aerosolfraktionen bei Verwendung eines optischen Partikelzhlers zugrunde liegen u

21、nd beschreibt umfassend die Beschrnkungen und Mglichkeiten fr das Gebiet der Arbeitshygiene. Das OPZ-Verfahren ergnzt konventionelle Langzeit-Probenahmen von Aerosolpartikeln und bietet Mglichkeiten hinsichtlich einer verzgerungsfreien (direkt anzeigenden) Messung (Momentanwertmessung), zeitbezogene

22、n berwachung, Untersuchung der raumbezogenen Aerosolentwicklung (Kartierung), Beurteilung der Partikelgrenverteilung. Das Verfahren ermglicht z. B. die Feststellung und relative quantitative Bestimmung von Konzentrationsspitzen aufgrund spezieller Arbeits-ablufe (Eintten, Abschleifen usw.), Bestimmu

23、ng der am strksten exponierten Arbeitskrfte im Hinblick auf ausfhrlichere Risikostudien und anzuwendende vorbeugende Manahmen, Feststellung der Staubemissionsquellen und deren relativer Strke. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert

24、werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN 481, Arbeitsplatzatmosphre Festlegung der Te

25、ilchengrenverteilung zur Messung luftgetragener Partikel DIN EN 1540, Exposition am Arbeitsplatz Terminologie 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN EN 1540. 4 Verfahrensgrundstze 4.1 Allgemeines Grundstzlich zhlen optische Partikelzhler (OPZ) luftgetragene Partike

26、l und sind daher zum Messen von Konzentrationen geeignet, die als Partikelanzahl je Einheit Luftvolumen angegeben werden. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens wird durch die Partikelgre und die Bereiche der Konzentrationsmessung der OPZ-Gerte begrenzt, die blicherweise 10-1m bis 101m betrgt bzw. 100P

27、artikel je cm3bis einige 103Partikel je cm3abdecken. In Abhngigkeit von den besonderen Umstnden gestattet das OPZ-Verfahren die Sammlung einer Aerosolfraktion auf Filtern, im gnstigsten Falle nahe einer gesundheitsrelevanten Fraktion (siehe DIN EN 481), unter der Voraussetzung, dass der OPZ ber die

28、entsprechende Wirksamkeit (Leistungsfhigkeit) bei der Probenahme innerhalb seines ganzen optischen Partikelgrenbereiches verfgt. DIN 33899-2:2014-02 6 Wenn das nicht der Fall ist, ist zumindest eine ausreichende Ansaugeffizienz erforderlich, um das Grenspektrum der Partikel abzudecken, die mittels d

29、es optischen Systems des OPZ detektiert und gemessen werden knnen. Die Umrechnung zhlbasierter Partikelanzahlkonzentrationen in Massenkonzentrationen auf der Grundlage einer angenommenen Partikelgre ist indirekt und daher ist die Genauigkeit der Umrechnung durch verschiedene vereinfachende Annahmen

30、begrenzt: identische optische Parameter sowohl fr das bei der Kalibrierung benutzte Aerosol als auch das am Arbeitsplatz gemessene Aerosol; alle gezhlten Partikel des Arbeitsplatz-Aerosols sind kugelfrmig mit einem geometrischen Durch-messer, der gleich dem bestimmten optischen Durchmesser ist, und

31、von identischer Dichte; Ansaug- und bertragungsleistung des OPZ sind bekannt oder ber Ingenieurmodelle geschtzt. Aus diesem Grund ist eine Besttigung der Massenkonzentrationen, die aufgrund der OPZ-Partikelgren-verteilungen veranschlagt werden, mittels eines konventionellen Probenahmeverfahrens notw

32、endig (siehe 3). Die aufgrund der OPZ-Daten veranschlagten Massenkonzentrationen sind nur als Anhaltspunkte anzusehen und knnen nicht fr einen direkten Vergleich mit einem gesetzlich vorgeschriebenen Arbeitsplatzgrenzwert herangezogen werden. 4.2 Lichtstreuung Durch die Auswirkungen von Reflexion, B

33、rechung, Absorption und Beugung ist ein Aerosolpartikel in der Lage, Lichtenergie zu streuen. Der Betrag der gestreuten Energie kann unter Anwendung der Mie-Theorie berechnet werden (siehe 8), die durch die folgende, vereinfachte Gleichung (1) fr einen nicht polarisierten, monochromatischen, einfall

34、enden Lichtstrahl und kugelfrmige Partikel zusammengefasst werden kann: ( ) ( ) ,81212220ninirII += (1) Dabei ist I die Intensitt des Lichtes, das in einem Winkel gestreut wird, je Querschnittsflcheneinheit, in Watt je Quadratmeter; 0I die Intensitt der einfallenden Strahlung je Querschnittsflchenei

35、nheit, in Watt je Quadratmeter; der Partikelgrenparameter, wobei = D/ und D der Durchmesser des kugelfrmigen Partikels ist, in Mikrometer; n der komplexe optische Brechungsindex der Partikel; die Wellenlnge des einfallenden Lichtes, in Mikrometer; r die Entfernung vom Zentrum des streuenden Partikel

36、s bis zu dem Punkt, an dem die Intensitt, I, gemessen wird, in Mikrometer; der Streuwinkel; 1i ,2i (die) Mie-Intensittsfunktionen. Der Partikeldurchmesser D kann aus Gleichung (1) durch die Messung des einfallenden Lichtstrahls gewonnen werden, wenn die optischen Parameter der Partikel und die Eigen

37、schaften der Streulichtstrahlung bekannt sind. DIN 33899-2:2014-02 7 4.3 Arbeitsweise OPZ sind geschlossene Gerte mit optischen Zellen, die ein Ansaugsystem fr Aerosole besitzen. Sie sind durch das sehr geringe optische Volumen, das sie messen (in der Grenordnung von 1 mm3) gekenn-zeichnet und durch

38、 eine Fliegeschwindigkeit, die hufig in der Grenordnung von 1 l/min liegt (siehe 9). Das gestattet es, Partikel einzeln in den Messbereich zu saugen und das durch jedes Partikel gestreute Licht aufzuzeichnen. Einzelne Impulse werden gezhlt und deren Gre gemessen. Das zu untersuchende Aerosol wird du

39、rch die Probenahmesonde des Gertes hindurch von einer Pumpe mit konstantem Volumenstrom angesaugt. Die Partikel gelangen nacheinander in die optische Zelle, in der jedes Partikel durch einen gebndelten Lichtstrahl mit festgelegten Merkmalen angeleuchtet wird und dieses Licht entsprechend seiner Eige

40、nschaften (komplexer optischer Brechungsindex, Gre, Form) streut. Die Partikel bewegen sich senkrecht zu der Ebene, die durch den gebndelten Strahl einfallenden Lichts und den Streulicht-Empfangsstrahl gebildet wird. ber die optischen Teile wird filtrierte Luft geleitet, um jegliche Partikelablage i

41、nnerhalb der optischen Zelle zu verhindern. Das Streulicht wird auf einen Photodetektor gerichtet und als Impuls aufgezeichnet. Aus der Impulsgre wird unter Annahme kugelfrmiger Partikel die Partikelgre geschlussfolgert. Eine Anzahl von Signalen kann blicherweise nach einer Kalibrierung, bei der das

42、 zu untersuchende Aerosol verwendet wurde, whrend einer vordefinierten Integrationszeit in eine Massenkonzentration umgerechnet werden. 5 OPZ-Leistungsmerkmale OPZ-Leistungsmerkmale variieren entsprechend der Aerosolprobenahme-Wirksamkeit des Probenahme-kopfes, der Art des verwendeten Lichtes (monoc

43、hromatisch oder polychromatisch), seiner Intensitt (Glh-lampe oder Laser), der optischen Anordnung der Zelle (Wahl der Streuachse, Gre des Empfangs-raumwinkels), der Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Bauteils (Photodiode, Photomultiplier) und des elektronischen Auflsungsvermgens (Impulsfrequenz

44、 und Impulsgrenmessung). Die begrenzte Durchflussmenge, die sich oft in der Grenordnung von 1 l/min bewegt, beschrnkt die Mglichkeiten, aerodynamische Bedingungen zu erreichen, die gnstig fr eine hohes Leistungsvermgen der Ansaugffnung sind, und stellt die vollstndige berfhrung der Partikel an die o

45、ptische Zelle sicher. Die Eigenschaften des OPZ-Durchflusssystems (Ansaugffnung und Rhrengeometrie, Luftstromgeschwindig-keiten und Durchflussmengen) sind so beschaffen, dass Partikelverluste hauptschlich trgheitsbedingt sind und daher hufiger bei groen Partikeln auftreten (insbesondere bei denen, d

46、ie grer als 10 m sind). Die grtmgliche Konzentration, die durch einen OPZ gemessen werden kann, ist auf einige Tausend Partikel je Kubikmeter begrenzt, um Koinzidenzfehler durch das gleichzeitige Hindurchtreten mehrerer Partikel durch das optisch abzutastende Volumen zu vermeiden. 6 Anzahl- und Mass

47、enkonzentration Eine OPZ-Zhlung fr eine Zeitspanne t in Minuten ergibt die Anzahl der Partikel N, nach Gre klassifiziert und gezhlt, in verschiedenen Kanlen. Unter Kenntnis des durch den OPZ angesaugten Luftvolumenstroms Q ist es einfach, die Anzahlkonzentration NC in Form von Partikeln je Einheit L

48、uftvolumen nach Gleichung (2) zu berechnen: tQNC= 001,0N(2) Dabei ist NC die Anzahlkonzentration in Form von Partikeln je Einheit Luftvolumen, in 1/cm3; N die Anzahl der gezhlten Partikel; DIN 33899-2:2014-02 8 Q der durch den OPZ angesaugte Luftvolumenstrom, in Liter je Minute; t die Zeitspanne, in Minuten. Die Massenkonzentration mC wird als Partikelmasse je Einheit Luftvolumen angegeben. Ausgehend von der Annahme, dass Partikel kugelfrmig sind und ihren geometrischen Durchmesser als ihren optischen Durch-messer bestimmen, kann die Masse mider klassifizierten Partikel im Kanal i, nach