Verbesserung der Chemikalienbeständigkeitsprüfung von Handschuhen

Andrew James ist Geschäftsführer bei Ellutia Chromatography Solutions. Andrew arbeitet seit mehr als 20 Jahren bei Ellutia. Während dieser Zeit beschäftigte er sich mit vielen Aspekten von...

Die Exposition gegenüber gefährlichen Stoffen in einer Laborumgebung ist aufgrund der Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit ein erhebliches Problem. Eine Studie aus dem Jahr 2021 ergab, dass die Exposition gegenüber giftigen und gefährlichen Substanzen die dritthäufigste Verletzungsursache in einem Labor ist. Aus diesem Grund ist persönliche Schutzausrüstung (PSA) in jeder Gesundheits- und Testumgebung erforderlich. Es schützt Forscher vor schädlichen Substanzen wie infektiösen Materialien, giftigen und ätzenden Materialien, Feinstaub und vielem mehr. Letztendlich stellt es sicher, dass sie in einer sicheren Umgebung arbeiten und sich gleichzeitig vor lebensverändernden Verletzungen schützen.

Auch wenn die Verwendung von PSA vorgeschrieben ist, bleibt die Wirksamkeit von Schutzkleidung ein Problem. Die Stärkung von Herstellungsprozessen kann sich auf ihre Wirksamkeit auswirken, aber Produkttests sind die einzige Möglichkeit, ihre Wirksamkeit genau zu beurteilen. PSA wie Handschuhe, Laborkittel und Schuhe müssen strengen physikalischen Tests unterzogen werden, um sicherzustellen, dass das Produkt Forscher wirklich vor den Gefahren solcher Substanzen schützen kann. Es gibt mehrere regulatorische Anforderungen, die Analysten berücksichtigen müssen, beispielsweise EN ISO 374-1 (Kontakt über Handschuhe), EN 9431-1 (luftdichte Anzüge) und EN 14605 (flüssigkeitsdichte Anzüge). Darüber hinaus verfügen Organisationen wie die American Society of Testing and Materials (ASTM), die International Organization for Standardization (ISO) und das European Centre for Standardization (CEN) über eigene Prüfhandbücher. Das UL-Zeichen ist weithin als Symbol für die Zertifizierung nach höchsten Sicherheitsstandards anerkannt und respektiert und kann einen Wettbewerbsvorteil auf dem PSA-Markt verschaffen. Um das UL-Zulassungszeichen zu erhalten, müssen sie nach verschiedenen Standards zertifiziert sein – und erfordern Systeme, die diese Flexibilität bieten können.

Es gibt zwei gängige Ansätze, um zu testen, ob PSA einen chemischen Schutz bietet: Penetrations- und Permeationstests. Beim Penetrationstest geht es darum, wie eine Chemikalie ein Material durchdringt, ohne dessen Eigenschaften zu verändern. Dies kann durch größere als normale Poren in den Materialien geschehen, was zu einem Mangel an chemischer Barriere führt und als Defekttest dient.

Andererseits konzentriert sich die Permeationsprüfung darauf, wie eine Chemikalie das Material durchdringt und dabei dessen inhärente Eigenschaften verändert. Diese Möglichkeit ist weitaus gefährlicher, da sie schwer zu erkennen ist und schwerwiegende Folgen haben kann, wenn Forscher mit Chemikalien arbeiten, die die Haut leicht absorbieren kann. Die Chemikalie wird an einem Ende vom Material absorbiert, diffundiert durch das Material und wird am anderen Ende desorbiert.

Zusätzlich zu diesen Ansätzen werden auch Abbautests verwendet, um die Wirksamkeit gegenüber Chemikalien zu bestimmen. In diesem Fall wird das Material mit der Prüfchemikalie getestet, um festzustellen, ob sich die physikalischen Eigenschaften des Materials wie Zusammensetzung, Elastizität, Textur usw. ändern. Wenn wir die Ergebnisse all dieser Tests kombinieren, erhalten wir ein genaues Bild seiner Wirksamkeit.

Dennoch sind mit dem Testen mehrere Herausforderungen verbunden, wie zum Beispiel:

Aufgrund dieser Herausforderungen ist es schwierig, die tatsächliche Beständigkeit des Schutzmaterials gegenüber gefährlichen Chemikalien zu verstehen. Aus diesem Grund müssen produzierende Unternehmen Permeationsanalysatoren einsetzen, die die Wirksamkeit solcher Materialien mithilfe standardisierter und automatisierter Prozesse beurteilen können, um Testgenauigkeit, Materialbeständigkeit und Produktsicherheit sicherzustellen.

Die Permeationsprüfung basiert auf einem Diffusionszellenexperiment, das durch Normen wie die amerikanische ASTM F739 und die europäische EN16523-1 vorgeschrieben ist. Bei diesem Experiment wird ein Materialausschnitt zwischen zwei Hälften der Analysezelle platziert. Die Testchemikalie wird in die Spenderkammer gegeben und die Geschwindigkeit, mit der sie durch das Material zur Empfängerkammer gelangt, wird in bestimmten Zeitintervallen (von der Regulierungsbehörde festgelegt) gemessen. Die Zeit, die benötigt wird, bis die Menge der Chemikalie in der Aufnahmekammer 1 μg min-1 cm-2 überschreitet, wird als Durchbruchszeit bezeichnet. Das Mindestzeitintervall unterscheidet sich je nach Art und Schutzklasse des Prüfmaterials.

Derzeit sind neuere Versionen dieses Ansatzes mit geringfügigen Modifikationen verfügbar, um ihn genauer und effizienter zu machen. In einer Studie aus dem Jahr 2021 wurde beispielsweise die Verwendung eines Indikators für Aktivkohletücher (ACC) erörtert, der zum Testen der Wirksamkeit des Materials unter verschiedenen Arbeitsbedingungen verwendet werden kann – obwohl dies nur für ausgewählte Bedingungen gilt. Wenn solche Methoden verwendet werden, ist es jedoch schwierig, eine derart gründliche Analyse schnell und im großen Maßstab durchzuführen. Hier können automatisierte Systeme die Lücke schließen. Der Bedarf an automatisierten und flexiblen Testsystemen steigt, teilweise aufgrund der COVID-19-Pandemie und Lieferkettenproblemen.

Automatisierte Permeationsanalysatoren bieten Analysten und Herstellern den Vorteil gleichzeitiger Tests und die Möglichkeit, Tests unter verschiedenen Bedingungen durchzuführen. Solche Analysegeräte verfügen über mehrere Permeationszellen, in denen mehrere Testproben gleichzeitig getestet werden können. Sobald die Probe platziert ist, kann die Prüfchemikalie nach Bedarf automatisch eingeführt werden, sodass sie auf einer Seite des Materials damit in Kontakt kommt. Die Durchbruchszeit wird automatisch über eine kundenspezifische Software aufgezeichnet, wobei regelmäßige Ergebnisse automatisch von einem Gaschromatographen abgeleitet werden, der die Chemikalie im Kopfraum auf der anderen Seite der Analysezelle erkennt.

Abhängig von den gesetzlichen Anforderungen kann der Analyst die Temperatur überwachen, Analysen in dreifacher Ausfertigung durchführen, den Gasfluss steuern, die Einführung der Testchemikalie automatisieren und sogar den Abschaltvorgang einleiten, sobald der Durchbruchpunkt erreicht ist. Darüber hinaus können sie den Plotprozess automatisieren, indem sie eine Verbindung zu einer benutzerdefinierten Analysesoftware herstellen, die die Berichterstellung für sie übernimmt. Solche Systeme ermöglichen es dem Analysten, die Geschwindigkeit des Testprozesses zu ändern, wodurch er nicht länger auf den Abschluss der Tests warten muss, bevor er den vollständigen Bericht erhält.

Die Automatisierung des gesamten Prozesses bedeutet, dass sie nicht warten müssen, bis eine Probe fertig ist, bevor sie mit der nächsten fortfahren – was den Prozess äußerst effizient macht.

Die Permeationsprüfung spielt bei der Prüfung der Chemikalienbeständigkeit eine große Rolle, da sie Anwendern von PSA-Produkten einen umfassenden Überblick darüber gibt, ob das Produkt für ihre Arbeitsabläufe geeignet ist. Da PSA in jedem Forschungsumfeld eine wichtige Rolle spielen, müssen Hersteller ihre Produkte gemäß den erforderlichen gesetzlichen Standards testen lassen. Mit den richtigen Produkten können wir unzählige Leben schützen, denn der Umgang mit Chemikalien erfordert ein hohes Maß an Vorsicht. Außerdem hilft es den Herstellern, ihre Produkte sicher zu verkaufen, da es einfacher wird, sie zu testen und in kürzerer Zeit das Gütesiegel zu erhalten. Automatisierte Permeationstests können den Prozess durch gleichzeitige Tests beschleunigen und ihn effizienter machen, indem häufige manuelle Eingriffe vermieden werden.