Gesetzliche Bestimmungen für den Betrieb von RFA und LIBS Handgeräten für die Materialanalyse

In diesem Artikel werden die gesetzlichen Auflagen für den Betrieb von handgehaltenen Analysegeräten in Deutschland erklärt. Genauso wie zum Führen eines PKWs ein Nachweis über die nötigen Kenntnisse und Fähigkeiten erbracht werden muss, so gibt es auch hier gesetzliche Vorgaben, die eingehalten werden müssen.

Solche Handgeräte werden z.B. für die Materialidentifikation verwendet und bieten eine perfekte Lösung, wenn Sie schnell und einfach Verwechslungsprüfungen durchführen möchten. Als gutes Beispiel ist unser Hitachi LIBS Gerät Vulcan zu nennen, der in nur einer Sekunde ein Messergebnis liefert.

Wenn man sich den heutigen Markt anschaut, so wird die schnelle Materialidentifikation in den meisten Fällen mit Röntgenfluoreszenz-Analysegeräte (kurz RFA) durchgeführt, aber auch die laserinduzierten Plasmaspektroskopie (kurz LIBS / LIPS) etabliert sich immer mehr. Hitachi bietet beide Verfahren an: Vulcan analysiert mit LIBS, X-MET8000 mit RFA. Beide Verfahren haben Ihre eigenen Stärken, sodass Ihre Messaufgabe darüber entscheidet, welches Verfahren zu Ihrem Bedarf besser passt.

Bei beiden Technologien wird energiereiche elektromagnetische Strahlung erzeugt, sodass der Gesetzgeber eine gewisse Sensibilisierung beim Umgang mit solchen Geräten fordert. Vorsätzlich falsches Handeln soll daher vermieden und so eine Gefährdung ausgeschlossen werden. Aufgrund der eingebauten Sicherheitsmechanismen sind solche Geräte bei einer sachgerechten Verwendung sicher und setzen dem Bediener und seiner Umwelt keiner Gefahr aus.

Die im folgendem benannten gesetzlichen Bestimmungen sollten Sie wie eine Art Führerschein verstehen. Erst nach dem Nachweis der nötigen Kenntnisse und Fähigkeiten ist es erlaubt, RFA oder LIBS Handgeräte zu verwenden.

Bevor die gesetzlichen Bestimmungen aufgeführt werden, ist es sicherlich hilfreich, wenn beide Verfahren kurz und verständlich beschrieben werden, sodass sich für Sie hinter den Methoden keine leeren Begriffe verstecken.

Ein kleiner Physik-Exkurs:

Atome
Materie besteht aus Atomen und grundsätzlich bestehen alle Atome aus den gleichen Bestandteilen. Der Kern des Atoms ist aus Protonen und Neutronen zusammengesetzt, um diesen Kern bewegen sich in verschiedenen Abständen Elektronen. Je nachdem wie weit ein Elektron vom Kern entfernt ist, spricht man von unterschiedlichen Energieniveaus.

In diesem Bohr’schen Modell wird als Beispiel das Element Schwefel mit seinem Kern und den „Flugbahnen“ der Elektronen, welche als Schalen bezeichnet werden, dargestellt. Diese Schalen zeigen die Entfernung der Elektronen zum Kern und werden oft (von innen nach außen) als K-Schale, L-Schale, M-Schale usw. bezeichnet.

Die Atome hat man systematisch kategorisiert und im bekannten Periodensystem lückenlos zusammengestellt. Die Elemente sind mit einer Ordnungszahl nummeriert, diese Zahl gibt die Anzahl der Protonen eines Atoms an. So hat das Element Chrom die Ordnungszahl 24 und besitzt somit 24 Protonen. Es gibt entweder ein ganzes oder kein Proton, weswegen das System auch tatsächlich lückenlos ist. 

Elektromagnetische Strahlung

Ganz egal ob sichtbares Licht, Radiowellen, Mikrowellen, Röntgen- oder Gammastrahlung, diese Strahlung besteht auch aus dem Gleichen, den sogenannten Lichtquanten. Jetzt könnte man einwerfen, dass Röntgenstrahlung etwas anderes als das sichtbare Licht ist. Das ist ein berechtigter Einwand: Elektromagnetische Strahlung besteht zwar aus den gleichen Lichtquanten, unterscheidet sich jedoch in Ihrer Wellenlänge oder alternativ in Ihrer Frequenz. Damit verbunden ist dann auch die Energie der Strahlung. Je kleiner die Wellenlänge bzw. je höher die Frequenz umso energiereicher ist die Strahlung. Somit kann man festhalten, dass Röntgenstrahlung im Vergleich zum sichtbaren Licht energiereicher ist.

RFA Handgerät

Beim RFA Handgeräte, z.B. unserem X-MET8000, erzeugt die eingebaute Elektronenröhre Röntgenstrahlung und bestrahlt damit die Probe. Diese Strahlung trifft also auf die Atome der Probe und entfernt Elektronen aus den inneren Schalen. In der Physik nennt man diesen Vorgang „Ionisierung“. Da nun ein Ungleichgewicht im Atom entsteht, springt ein Elektron aus einer höheren Schale in die untere Schale zurück und emittiert Strahlung, die sogenannte Fluoreszenzstrahlung. Sie ist charakteristisch für das jeweilige Element.

Der Detektor des X-MET8000 erfasst die Strahlung und wertet sie mithilfe eines mathematischen Models aus. Auf dem Bildschirm wird ein Werkstoffvorschlag mit den dazugehörigen Elementkonzentrationen angezeigt. Mit dem RFA Verfahren lassen sich sehr viele Messaufgaben lösen, so kann die chemische Zusammensetzung von metallischen oder geologischen Proben, Schichtdicken, Flüssigkeiten, oder auch Plastik auf Schwermetalle untersucht werden.

LIBS Handgerät

Ein LIBS Handgerät, z.B. der Vulcan, erzeugt einen gepulsten Laserstrahl, der geringe Materieanteile aus der Probe herauslöst und verdampft. Dabei werden die Atome angeregt, ionisiert und bilden ein Plasma. Beim Zerfall des Plasmas kehren die Atome in Ihren ursprünglichen Zustand zurück und emittieren für das jeweilige Element charakteristische elektromagnetische Strahlung. Diese Emissionsstrahlung wird über einen Detektor erfasst, in ein Spektrum überführt und von der Software anhand von empirischen Kalibrationen in Elementkonzentrationen umgerechnet. Nach einer Messzeit von nur einer Sekunde wird auf dem Bildschirm des Vulcan ein Werkstoffvorschlag und die gemessenen Konzentrationen der Elemente angezeigt, ideal also für die schnelle Sortierung von metallischen Proben.

Gesetzliche Bestimmungen zum Betrieb eines handgehaltenen RFA-Geräts:

Damit Sie ein RFA-Gerät verwenden dürfen, brauchen Sie eine Genehmigung Ihrer Bezirksregierung oder des Gewerbeaufsichtsamts. Die Zuständigkeit variiert hier je nach Örtlichkeit. Grundsätzlich benötigt die genehmigende Stelle einen Nachweis darüber, dass bei Ihrem Gerät alle sicherheitsrelevanten Kriterien erfüllt sind. Die Einhaltung der Sicherheitskriterien muss neben der strengen Qualitätskontrolle des Herstellers zusätzlich durch eine unabhängige Partei verifiziert werden. Die Abnahme des Geräts muss daher durch einen unabhängigen Sachverständigen für Strahlenschutz erfolgen. Dabei prüft der Sachverständige gemäß den Richtlinien für die technische Prüfung von Röntgeneinrichtungen und genehmigungsbedürftigen Störstrahlern, ob alle geforderten Kriterien und Werte eingehalten wurden. So müssen solche Geräte z.B. passwortgeschützt sein oder über einen unüberbrückbaren Totmann-Schalter verfügen.

Für eine Genehmigung müssen Sie zusätzlich über fachkundiges Personal verfügen. Grundsätzlich ist für die Einhaltung der gesetzlichen Bestimmung stehts der Firmenverantwortliche zuständig und damit auch Strahlenschutzverantwortlicher. In den meisten Fällen delegiert dieser jedoch die Aufgabe an das Personal und bestellt einen Mitarbeiter zum Strahlenschutzbevollmächtigen der Strahlenschutzbeauftragten (SSB).

Die Voraussetzungen an den Strahlenschutzbevollmächtigten oder Strahlenschutzbeauftragten neben einer überprüften Zuverlässigkeit ist die Fachkunde, die man durch einen Strahlenschutzkurs erlangt. Hierbei gibt es unterschiedliche Kurse für verschiedene Ausführungen von Röntgeneinrichtungen. Bei handgehaltenen Röntgenfluoreszenzgeräten reicht ein reduzierter Kurs (R2.2) aus, der meistens zwei bis drei Tage dauert und mit einer Prüfung abgeschlossen wird. Inhaltlich behandeln die Kurse u.a. physikalische Grundlagen und biologische Wirkung von Strahlung sowie Ausführungen zu den Gesetzen und den damit verbundenen Aufgaben und Pflichten von Strahlenschutzverantwortlichen und Strahlenschutzbeauftragten. Die erlangte Fachkunde muss in einem Intervall von fünf Jahren aufgefrischt werden.

Neben dem Strahlenschutzbeauftragten oder Strahlenschutzbevollmächtigten dürfen auch unterwiesene Mitarbeiter mit dem RFA-Gerät arbeiten, meistens mit der Einschränkung, dass dies nur unter Aufsicht durch den Strahlenschutzbeauftragten erfolgen darf. Diese Einschränkung schreibt die genehmigende Stelle in der Genehmigung fest. Die Unterweisung der Anwender muss jährlich wiederholt werden. Die Überprüfung des Geräts durch den Sachverständigen für Strahlenschutz wird in einem Intervall von fünf Jahren wiederholt. Damit stellt man sicher, dass das Gerät nach wie vor allen gesetzlichen Spezifikationen entspricht.

Die wichtigsten Gesetze für RFA

Gesetzliche Bestimmungen für den Betrieb eines handgehaltenen LIBS-Geräts:

Bei einem LIBS Gerät wie der Vulcan (Laserschutzklasse 3B) sind die gesetzlichen Hürden zur Verwendung im Vergleich zu einem handgehaltenen RFA-Gerät deutlich geringer. Abgesehen von der Qualitätsprüfung des Herstellers muss das Gerät nicht von einem unabhängigen Sachverständigen für Strahlenschutz abgenommen werden. Folglich entfällt auch die Wiederholung einer Überprüfung alle fünf Jahre. Des Weiteren benötigen Sie keine Genehmigung Ihrer Bezirksregierung oder des Gewerbeaufsichtsamts.

Dennoch gibt es einige gesetzlich vorgeschriebene Sicherheitsmaßnahmen. Sollte der Firmenverantwortliche selbst vor dem Einsatz einer Laserschutzeinrichtung nicht über die nötige Fachkunde verfügen, so muss er einen Laserschutzbeauftragten schriftlich bestellen. Dieser muss fachkundig sein und die Fachkunde muss auf einem aktuellen Stand gehalten werden. Die Fachkunde wird über einen Laserschutzkurs, der an einem Tag und sogar online durchgeführt werden kann, nachgewiesen. Zum Zeitintervall der Aktualisierung der Fachkunde wird im Gesetz (OStrV) zwar keine genaue Angabe gemacht, aber in den Richtlinien zu diesem Gesetz wird ein Intervall von fünf Jahren als angemessen angesehen.

Des Weiteren müssen Sie das Gerät bei Ihrer Berufsgenossenschaft anzeigen und eine Kopie dieser Anzeige an Ihre Bezirksregierung oder das Gewerbeaufsichtsamt übermitteln. In der Anzeige beschreiben Sie Ihre Lasereinrichtung und geben an, wen Sie zum Laserschutzbeauftragten bestellt haben. Dafür können Sie z.B. das Formular der BG ETEM verwenden. 

Die wichtigsten Gesetze für LIBS

Zusammenfassung

Handgehaltene Analysegeräte sind mittlerweile in etlichen Prozessen der Wertschöpfungskette integriert. Alle gesetzlichen Bestimmungen rund um den Betrieb der Anlagen dienen ausschließlich dem Schutz der Gesundheit, fördern einen sachgerechten Umgang und sensibilisieren die Anwender in diesem Bereich.

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Dieser Artikel konnte Ihnen hoffentlich einen ersten Überblick geben. Für weitere Fragen und Beratung kontaktieren Sie mich gerne: Oskar Sowa, Vertrieb Deutschland oder klicken unten auf den „Kontakt" Button.

Über den Autor

Oskar Sowa ist verantwortlich für den Vertrieb der Funkenspektrometer sowie der RFA- und LIBS-Handgeräte auf dem deutschsprachigen Markt und berät unsere Kunden u.a. über die gesetzlichen Vorgaben für den Betrieb von Handgeräten.

Haftungsausschuss

Alle Angaben sind nach bestem Wissen und Gewissen zusammengetragen worden. Jedoch besteht kein Anspruch auf Ihre Richtigkeit oder Vollständigkeit. Für Schäden jeglicher Art, die aus der Verwendung der bereitgestellten Vorlagen entstehen, übernimmt Hitachi Hightech Analytical Science GmbH keine Haftung und keine Verantwortung. Die Verwendung der Vorlagen geschieht ohne Mitwirken von Hitachi Hightech Analytical Science GmbH und auf eigene Verantwortung.

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