Partikelförmige Gefahrstoffe

Die Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) engagiert sich national und international für die Sicherheit und Gesundheit beim betrieblichen Umgang mit partikelförmigen Gefahrstoffen.

REM-Aufnahme: Stehendes-MWCNT-Agglomerat
© BAuA

Partikelförmige Gefahrstoffe sind Substanzen, Mischungen oder Artikel, die in Form von kleinen Partikeln vorliegen. Einmal aufgewirbelt, können kleine Partikel lange als Staub in der Luft schweben und unter Umständen eingeatmet werden. Von eingeatmeten partikelförmigen Gefahrstoffe kann daher eine Gefahr für die menschliche Gesundheit ausgehen. Einatembarer Staub kann Partikel enthalten, die so klein sind, dass sie bis in die sehr empfindlichen Lungenbläschen (Alveolen) gelangen können. Der Anteil des alveolengängigen Staubs (A-Staub) wird darum für viele Staubarten zusätzlich zum einatembaren Anteil (E-Staub) ausgewiesen.

Quellen von Partikelförmigen Stäuben

Partikelförmige Stäube können verschiedene Freisetzungsursachen sowie stoffliche und morphologische ("morphologisch" bedeutet die Partikelform beschreibend) Zusammensetzungen haben. An Arbeitsplätzen können beispielsweise mineralische,  rußhaltige oder metallische Stäube oder auch Holzstaub freigesetzt werden. Je nach Arbeitsprozess und vorhandenen Schutzmaßnahmen kann die Belastung von Beschäftigten ganz unterschiedlich ausfallen. Hohe Staubfreisetzung kann beispielsweise in Industriezweigen wie Bergbau, Bauwesen, Metallverarbeitung (z.B. Schweißen), Chemie und Holzverarbeitung auftreten. Aber auch außerhalb des Arbeitsplatzes können Menschen durch partikelförmige Gefahrstoffe enthaltenden Staub belastet sein, beispielsweise durch eine hohe Feinstaubbelastung aus dem Straßenverkehr, in Folge von Verbrennungsprozessen (Heizen, Feuerwerk, Waldbrände) oder bei häuslichen Renovierungsarbeiten.

Gesundheitliche Folgen von Staubexposition

Auf die Inhalation von Staub, reagiert der Körper mit Abwehr- und Reinigungsmechanismen der Lungenschleimhäute und alveolaren Zellen. Viele in den oberen Atemwegen landende Partikel können einfach über den Lungenschleim abgehustet und aus dem Körper entfernt werden. Tief in die Lunge gelangende Partikel müssen hingegen von Fresszellen aktiv aufgenommen und abtransportiert werden. Unabhängig von der chemischen Zusammensetzung eingeatmeter Partikel kann darum eine übermäßig hohe Staubbelastung der Lunge zur Überlastung ihrer Selbstreinigungsfunktion führen, insbesondere bei einer langanhaltenden Staubbelastung. Dadurch kann es zu Atembeschwerden und allergischen Reaktionen kommen. Einige Arten von Partikel verbleiben auf Grund ihrer Zusammensetzung (z.B. Quarzstaub) oder ihrer Form (z.B. faserförmiger Asbest) sehr lange im Lungengewebe. Diese sogenannten Inertstäuben (inert: sich an bestimmten chemischen Vorgängen nicht beteiligend) können vom menschlichen Körper nicht abgebaut werden. In der Folge können chronische Erkrankungen wie beispielweise quarzstaubbedingte Silikose (Staublunge) oder Asbestose entstehen, mit zum Teil äußert schwerwiegenden Krankheitsfolgen wie asbestbedingtem Lungenkrebs.

Faserpathogenes Paradigma

Zusätzlich zur allgemeinen Gefährlichkeit von Stäuben beeinflussen die chemische Zusammensetzung löslicher Stäube und, besonders im Fall von Inertstäuben, die Form der Partikel ihre Gefährlichkeit. So können faserförmige Staubpartikel aus aerodynamischen Gründen viel tiefer in die Lunge gelangen als vergleichbar schwere granuläre ("granulär": körnige, also eher sphärisch als längliche geformte Partikel] Partikel. Die Lungenfresszellen werden daher mit sperrigeren Partikeln konfrontiert. Sofern Faserstäube unlöslich sind und lange im Lungengewebe verbleiben, also biobeständig sind, können sie eine vielfach höhere schädigende Wirkung als granuläre Stäube entfalten. Asbest ist das bekannteste Beispiel für ein durch seine Faserform toxisch wirkendes Material. Die Gefährlichkeit von Faserstäuben wird im sogenannten faserpathogenen Paradigma zum Ausdruck gebracht, das besagt, dass die langestreckte Form von alveolengängigen und biobeständigen Partikeln die Ursache für ihre karzinogene Wirkung ist.

Nanomaterialien

Die differenzierte Einschätzung möglicher Risiken, verbunden mit der individuellen Partikelgröße und/oder -form, wurde an der BAuA bis in den Nanometerbereich (ein Nanometer entspricht ein Milliardstel Meter) hinein ausgedehnt. Nanopartikel und Nanofasern, entwickelt in den vergangenen zwei Jahrzehnten im Rahmen der Nanotechnologie-Revolution, gehören zu den kleinsten in Prozessen hergestellten Objekten. Werden sie als Staub in vereinzelter Form oder als kleine Agglomerate geringer Dichte freigesetzt, gelangen sie beim Einatmen mit hoher Wahrscheinlichkeit bis in die empfindlichen Lungenbläschen. Deshalb ist es wichtig, mögliche toxische Wirkungen solcher Materialien frühzeitig zu erkennen und die Art und Menge der am Arbeitsplatz freigesetzten Partikel und Fasern trotz ihrer geringen Größe verlässlich zu ermitteln. Die BAuA beteiligt sich aktiv und engagiert an der Entwicklung geeigneter Messmethoden und Bewertungsmaßstäbe.

Innovative Materialien

Fortschrittliche Werkstoffentwicklungen werden aufgrund ihrer Vielgestaltigkeit mit dem Oberbegriff "Innovative Materialien" bezeichnet. Für diese gilt es zu untersuchen, welche bisher nicht bedachten gesundheitlichen Implikationen sie haben könnten. Für nanofaserhaltige Komposite und anisotrope ("anisotrop": richtungsabhängige physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufweisend) Werkstoffe ist beispielsweise zu klären, ob sie bei Bearbeitung und Recycling oder im Fall eines mechanischen Versagens faserförmige alveolengängige und biobeständige Bruchstücke freisetzen können, wie sie u.a. bei der Bearbeitung von carbonfaserverstärkten Werkstoffen beobachtet wurden.

Jedes dieser "Innovativen Materialien" hat spezifische gesundheitliche Risiken. Diese Risiken ermitteln sich aus dem toxikologischen Profil der materialbeinhaltenden Substanz/en und dem Maße mit dem man ihr/ihnen gegenüber exponiert ist.

Gesetzliche Regelungen zum Schutz vor partikelförmigen Gefahrstoffen

Für das Ziel, die menschliche Gesundheit vor übermäßiger Exposition durch partikelförmige Gefahrstoffe zu schützen, wurden verschiedene Regelwerke etabliert. Der Umgang mit Gefahrstoffen am Arbeitsplatz wird beispielsweise durch eine Reihe von Gesetzen, z. B. Gefahrstoffverordnung, und untergesetzlichen Regelungen, z. B. Technische Regeln, geregelt. So wurden für eine Reihe von Stoffen Grenzwerte für die zulässige Exposition am Arbeitsplatz festgelegt. Für Arbeitsbereiche, die diese Grenzwerte überschreiten wurden die Reihenfolge der durchzuführenden Schutzmaßnahmen festgeschrieben, das STOP-Prinzip. Dies beinhaltet die Substitution (Ersatz) gefährlicher Stoffe, technische und organisatorische Schutzmaßnahmen und erst als letztes Maßnahme persönliche Schutzausrüstung.

Aufgabe der BAuA ist es, durch Forschung eine wissenschaftsbasierte Regelsetzung zum Schutz vor partikelförmigen Gefahrstoffen am Arbeitsplatz vorzubereiten. Dazu werden Nachweismethoden und Messverfahren zur Quantifizierung und Charakterisierung von partikelförmigen Materialien entwickelt. Die Standardisierung neuer Methoden und die Anpassung des Regelwerks wird durch die Mitarbeit in Fachgremien unterstützt. Dies trägt dazu bei, die Risiken im Umgang mit partikelförmigen Gefahrstoffen weiter zu reduzieren.

Forschungsprojekte

ProjektnummerF 2566 StatusLaufendes Projekt Konzeption und Implementierung einer Datenbank zu stofflich-morphologischen Charakteristika toxikologisch relevanter Faseraerosole

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Forschung laufend

ProjektnummerF 2556 StatusAbgeschlossenes Projekt Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung oder Anreicherung für die toxikologische Prüfung geeigneter faserförmiger Materialien (PANTox)

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2530 StatusLaufendes Projekt Beitrag der BAuA zum EU-Projekt POLYRISK: Zum Verständnis von Exposition und Toxizität von Mikro- und Nanoplastikpartikeln für den Menschen

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Forschung laufend

ProjektnummerF 2524 StatusLaufendes Projekt Beitrag der BAuA zum CEN-Drittmittelprojekt: Probenahme- und Zählregeln für die Charakterisierung von luftgestützten Nanoobjekten und deren Aggregaten und Agglomeraten mittels Elektronenmikroskopie

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Forschung laufend

ProjektnummerF 2469 StatusLaufendes Projekt Monte Carlo Simulationen der bilderzeugenden Streuprozesse bei der REM-Untersuchung von Fasern

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Forschung laufend

ProjektnummerF 2468 StatusLaufendes Projekt Entwicklung von Bildauswertungsverfahren zur Erkennung und Klassifizierung partikel- und faserförmiger Gefahrstoffe mit Methoden des maschinellen Lernens

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Forschung laufend

ProjektnummerF 2512 StatusLaufendes Projekt NanoHarmony - Auf dem Weg zu harmonisierten Testmethoden für Nanomaterialien

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Forschung laufend

ProjektnummerF 2479 StatusAbgeschlossenes Projekt Entwicklung korrelativer mikroskopischer Methoden zur Identifizierung von Staubpartikeln (EMMI)

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2476 StatusAbgeschlossenes Projekt Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser-Bruchstücke (CarboBreak)

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2480 StatusAbgeschlossenes Projekt Innovative Materialien und neue Produktionsverfahren: Sicherheit im Lebenszyklus und der industriellen Wertschöpfung

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2477 StatusLaufendes Projekt Umsetzen von Risk Governance: den Bedürfnissen der Nanotechnologie gerecht werden

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Forschung laufend

ProjektnummerF 2445 StatusAbgeschlossenes Projekt Ermittlung von Expositionen gegenüber nanoskaligen faserförmigen Materialien an Arbeitsplätzen auf der Grundlage eines neuen Mess- und Auswerteverfahrens

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2365 StatusAbgeschlossenes Projekt Erarbeitung einer vollzugsgerechten Vorgehensweise zur Bewertung der Rigidität von lungengängigen biobeständigen Faserstäuben

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2268 StatusAbgeschlossenes Projekt Praktische Leitlinie zum Arbeitsschutz bei Tätigkeiten mit Nanomaterialien im Labormaßstab als Beitrag zum Drittmittel-Antrag "NanoValid" von Nordmiljö AB (Schweden) im 7. EU-Forschungsrahmenprogramm

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2273 StatusAbgeschlossenes Projekt Memorandum zur Anwendung des Vorsorgeprinzips bei Tätigkeiten mit Nanomaterialien am Arbeitsplatz

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2428 StatusAbgeschlossenes Projekt Beitrag der BAuA zur Entwicklung einer spezifischen OECD-Prüfrichtlinie zur Bestimmung der Partikelgrößen und Anzahlgrößenverteilung von Nanomaterialien

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2429 StatusAbgeschlossenes Projekt Untersuchung zur Nachweisbarkeit möglicher Emissionen von Kohlenstoffnanofasern im Abgas von Verbrennungsprozessen (EFA)

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2325 StatusAbgeschlossenes Projekt Mess- und Prüfmethoden für Nanomaterialien im regulatorischen Kontext der Chemikaliensicherheit - Beiträge der BAuA zum Drittmittelprojekt "Regulatory testing of nanomaterials (NanoReg)" im 7. EU-Forschungsrahmenprogramm

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2269 StatusAbgeschlossenes Projekt NanoGEM, Nanostrukturierte Materialien - Gesundheit, Exposition und Materialeigenschaften

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2133 StatusAbgeschlossenes Projekt Dispersion und Retention von Ultrafeinstaub/Nanopartikeln in der Lunge

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2248 StatusAbgeschlossenes Projekt Neue Konzepte, Methoden und Techniken zur Entwicklung von personengetragenen, einfach anzuwendenden Geräten zur Messung und Analyse von Arbeitsplatzbelastungen mit hergestellten Nanopartikeln (NanoDevice)

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ProjektnummerF 2157 StatusAbgeschlossenes Projekt Messung der Exposition gegenüber beabsichtigt hergestellten Nanomaterialien an ausgewählten Arbeitsplätzen

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2376 StatusLaufendes Projekt Wirkprinzipien der Toxizität von Nanokohlenstoffen

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Forschung laufend

ProjektnummerF 2332 StatusAbgeschlossenes Projekt Beitrag der BAuA zum Drittmittelprojekt (Förderung BMBF) "nanoGRAVUR": nanostrukturierte Materialien - Gruppierung hinsichtlich Arbeits-, Verbraucher- und Umweltschutz und Risikominimierung

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2284 StatusAbgeschlossenes Projekt Sicherheit, Gesundheit und Qualität im Umgang mit Carbon Nano Tubes (CNT) - CarboSafe 2 (Beiträge der BAuA zum Drittmittelprojekt des BMBF unter Federführung von Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen)

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 1946 StatusAbgeschlossenes Projekt Sicherheit, Gesundheit und Qualität im Umgang mit CNT (CarbonNanoTubes) - CarboSafe

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2380 StatusAbgeschlossenes Projekt Staubungsverhalten und Partikelmorphologie von Nanokohlenstoffen

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2272 StatusAbgeschlossenes Projekt Entwicklung einer Software zur Auswertung der Anzahlkonzentration der Agglomerate und Primärpartikel von Nanomaterialien am Arbeitsplatz

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2217 StatusAbgeschlossenes Projekt Optimierung des personengebundenen Thermalpräzipitators für die Messung von Nanopartikeln an Arbeitsplätzen

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2271 StatusAbgeschlossenes Projekt Firmenbefragung zum Arbeitsschutz bei Tätigkeiten mit Nanomaterialien

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ProjektnummerF 2337 StatusAbgeschlossenes Projekt Ermittlung der Arbeitsplatzbelastungen bei Tätigkeiten mit Nanomaterialien mit Hilfe von personengetragenen Messgeräten - Beitrag zum Projekt NanoIndEx im 7. EU-Forschungsrahmenprogramm

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ProjektnummerF 2261 StatusAbgeschlossenes Projekt Charakterisierung von nanoskaligen Eigenschaften chemischer Stoffe als Grundlage für die Regulierung im Rahmen der Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACH)

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ProjektnummerF 2246 StatusAbgeschlossenes Projekt Toxische Wirkungen verschiedener Modifikationen eines Nanopartikels nach Inhalation

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2375 StatusAbgeschlossenes Projekt NanoCarbon - ELSE: Arbeitssicherheitsaspekte bei der Herstellung und Verwendung lastwechselfester Harze für Energiespeicher-Anwendungen

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Forschung abgeschlossen

ProjektnummerF 2043 StatusAbgeschlossenes Projekt Bestimmung der Sensitivität und Spezifität von in-vitro Methoden zur Beurteilung der chronischen Toxizität und Karzinogenität von Nanomaterialien, Feinstäuben und Fasern im Rahmen der regulatorischen Toxikologie (Literaturstudie)

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ProjektnummerF 2565 StatusLaufendes Projekt Innovative Charakterisierungs- und Testmethoden zur Bewertung und Vorhersage der Gesundheits- und Umweltrisiken innovativer Materialien

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Forschung laufend

Publikationen

Suchergebnisse

Sicherer Umgang mit Nanomaterialien am Arbeitsplatz

Aufsatz 2014

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Nanopartikel: neue Ergebnisse aus der Forschung und deren Bedeutung für die arbeitsmedizinische Praxis

Aufsatz 2014

Der gesamte Artikel kann über die Internetseite des Journals "Arbeitsmedizin, Sozialmedizin, Umweltmedizin", Volume 49, Nr. 6, …

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Measurement and Monitoring Strategy for Assessing Workplace Exposure to Airborne Nanomaterials

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Messung der inhalativen Exposition gegenüber Nanomaterialien an Arbeitsplätzen

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Patterning a hydrogen-bonded molecular monolayer with a hand-controlled scanning probe microscope

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Staub von morgen