Warum quantitative Atemschutzmasken-Dichtsitzprüfungen qualitative Dichtsitzprüfungen übertreffen

APPLICATION NOTE ITI-032

Qualitative oder quantitative Dichtsitzprüfung für Atemschutzmasken: Hintergrund

Seit den ersten Gasmasken, die im Ersten Weltkrieg eingesetzt wurden, ist klar, dass schlecht sitzende Masken ihre Träger gefährden. Um die Ergebnisse zu verbessern, entwickelten Forscher Methoden, um den Sitz einer Maske auf dem Gesicht ihres Trägers zu testen. Bei den ersten Tests zum Dichtsitz von Atemschutzmasken wurde der Träger in der Regel einem konzentrierten Geruch im Inneren einer Haube ausgesetzt. Wenn der Träger den Geruch wahrnahm, war der Sitz der Atemschutzmaske unzureichend.

Jahrzehntelang war diese qualitative Methode der einzige verfügbare Test. Sie verließ sich vollständig auf die Ehrlichkeit der Testperson und ihre Fähigkeit, Gerüche oder chemische Reizstoffe wahrzunehmen. Bedenken hinsichtlich der Wirksamkeit und Subjektivität von qualitativen Anpassungstests waren weit verbreitet. Die Forscher widmeten sich der Entwicklung besserer, stärker datengestützter Dichtsitz-Methoden.

Was sind quantitative Dichtsitzprüfungen?

Quantitative Dichtsitzprüfungen (QNFT) kamen erstmals Mitte der 1980er Jahre auf den Markt. Das PortaCount Atemschutzmasken-Dichtsitzprüfgerät war ein bahnbrechendes Produkt für quantitative Atemschutzmasken-Dichtsitzprüfungen. Der von TSI entwickelte PortaCount verfügt über eine an der Atemschutzmaske angebrachte Probenahmesonde, mit der Luft aus dem Inneren der Maske entnommen werden kann.

Der PortaCount verwendet Umgebungsaerosole als Hilfsmittel zum Testen einer getragenen Atemschutzmaske. Mit Hilfe eines Instruments, das als Kondensationspartikelzähler (CNC) bezeichnet wird, vergrößert der PortaCount mikroskopisch kleine Partikel/Aerosole in der Umgebung auf eine optisch erfassbare Größe. Dann zählt er sie und misst sowohl innerhalb als auch außerhalb des Atemschutzgeräts. Die PortaCount-Software berechnet dieses Verhältnis-Cout/Cin, um einen Fit-Faktor (FF) für die Atemschutzmaske zu ermitteln. Die quantitative Atemschutzmasken-Dichtsitzprüfung auf CNC-Basis ist nicht abhängig vom Geruchs- oder Geschmackssinn des Trägers wie die qualitative Atemschutzmasken-Dichtsitzprüfung (QLFT), sondern zählt stattdessen Partikel und berechnet einen Fit-Faktor, um einen objektiven Messwert zu erhalten.

Wechsel von QLFT zu QNFT

Gesundheits- und Sicherheitsexperten erkannten an, dass die Messung des Fit-Faktors mit Hilfe der QNFT mit Umgebungsaerosolen eine dem QLFT überlegene Methode ist. Die Anerkennung wurde bald ins US-Arbeitsrecht übernommen. Am 8. Januar 1998 veröffentlichte die US-Administration für Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz ihren aktualisierten OSHA-Atemschutzstandard 29 CFR 1910.134.

OSHA 29 CFR 1910.134 legt die Art der Atemschutz-Dichtsitzprüfung fest, die für bestimmte Arten von Atemschutzmasken erforderlich ist. Die OSHA weist der Klasse von Atemschutzmasken eine Nummer zu, den Assigned Protection Factor (APF). Sie gibt den durch die Atemschutzmaske bereitgestellten Schutzumfang an.

Der OSHA Assigned Protection Factor (APF)

Die OSHA weist Halbmasken aus Elastomer und N95 (FFP2) Atemschutzmasken einen APF von 10 zu. Mit anderen Worten, diese Atemschutzmasken qualifizieren sich als Atemschutz für bis zum 10-fachen der zulässigen Expositionsgrenze einer bestimmten Gefährdung. Vollgesichts-Elastomer-Atemschutzmasken haben einen APF von 50.

OSHA 29 CFR 1910.134 erlaubt qualitative Atemschutz-Dichtsitzprüfungen nur für eng anliegende Atemschutzmasken oder Filter-Masken mit einem zugeordneten Schutzfaktor (APF) von 10, mit einem Pass/Fail-Level von 100. Die OSHA verlangt eng anliegende Vollgesichtsmasken mit einem APF von 50, um ein Pass/Fail-Level von 500 zu erreichen. Es gibt derzeit kein genehmigtes QLFT-Protokoll, das in der Lage ist, ein Pass/Fail-Niveau für Atemschutzmasken mit einem APF von mehr als 10 zu bestimmen. 

Infolgedessen müssen Arbeitgeber, die eng anliegende Vollgesichtsmasken verwenden, entweder technische Kontrollen installieren, um die Verwendung von Vollgesichtsmasken überflüssig zu machen, oder quantitative Dichtsitzprüfungen einführen.

Erfahren Sie mehr über den Unterschied zwischen Fit-Faktor und Protection Factors

Zulässige Expositionsgrenze (PEL) und maximale Anwendungskonzentration (MUC)

OSHA legt in den USA zulässige Expositionsgrenzwerte (PEL) fest. Ein PEL ist der gesetzliche Grenzwert für die Exposition eines Arbeitnehmers gegenüber einer physikalischen, chemischen oder biologischen Substanz. Die maximale Anwendungskonzentration (MUC) ist ein weiterer wichtiger Grenzwert, den es zu verstehen gilt. Zur Berechnung der MUC sind zwei Zahlen erforderlich, der APF des Atemschutzgeräts und der PEL des Gefahrstoffs. Die Formel lautet MUC = PEL x APF.

Hier ein Beispiel unter Verwendung der Chemikalie Benzol: Der PEL von Benzol beträgt 0,5 ppm. Bei Atemschutzmasken mit einem APF von 10 wäre die Berechnung für die Bereitstellung von Atemschutz gegen Benzol MUC = 0,5 ppm x 10 = 5 ppm Benzol. Bei Atemschutzmasken mit einem APF von 50 wäre die Berechnung für Benzol MUC = 0,5 ppm x 50 = 25 ppm Benzol.

Zustimmung zur Position der OSHA

Die Haltung der OSHA in dieser Frage ist sinnvoll. Ein Fit-Faktor unter 500 für eine Vollgesichtsmaske deutet auf einen extrem schlechten Sitz hin. Vollgesichtsmasken, die heute auf dem Markt sind, erreichen in der Regel wesentlich höhere Fit-Faktoren. Die OSHA und die verschiedenen anderen Organisationen, die Dichtsitzprüfungsvorschriften und -normen veröffentlichen, verwenden bei Halbgesichtsmasken stets 100 als den niedrigsten akzeptablen Fit-Faktor. Einige Normen für Vollgesichtsmasken verlangen einen FF von mindestens 1000. Der Artikel von TSI, Standards and Regulations Pertaining to Respirator Fit Testing, enthält eine Tabelle, in der die Dichtsitzprüfungsanforderungen mit den relevanten Normen abgeglichen werden.

Die OSHA erläutert in der Präambel des Standards ausführlich die Gründe für 29 CFR 1910.134. Sie finden diesen und andere verwandte Artikel unter ww.osha.gov. TSI hat auch einen hilfreichen Leitfaden zur Norm in Respirator Fit Testing Highlights for OSHA Respiratory Protection Standard 29 CFR 1910.134 veröffentlicht.

Eingeschränkter Einsatz von qualitativen Atemschutzmasken-Dichtsitzprüfmethoden

Die OSHA erlaubt nur vier QLFT-Methoden, die unter bestimmten Umständen angewendet werden dürfen - Isoamylacetat, Natrium-Saccharin-Lösung, Bitrex-Lösung und Reizgas. Lassen Sie uns jede von ihnen separat untersuchen.

Isoamylacetat (Bananenöl) QLFT-Protokoll

Das Isoamylacetat-Protokoll verwendet Isoamylacetat, besser bekannt als Bananenöl oder IAA, als Testmittel. Diese qualitative Dichtsitzprüfung stützt sich auf den Geruchssinn einer Person. Wenn der Träger während der Prüfung einen Bananengeruch wahrnimmt, ist der Dichtsitz nicht akzeptabel.

Beim ersten Test wird der Geruchssinn des Maskenträgers bewertet. Es werden zwei Gläser Wasser zubereitet, eines mit einer niedrigen Konzentration von Isoamylacetat, das andere mit einfachem Wasser. Der Anwender muss das Glas mit dem Bananengeschmack korrekt identifizieren, um sich für diese Dichtsitzprüfung zu qualifizieren. Diejenigen, die das richtige Glas nicht identifizieren können, müssen warten, bis sich ihr Geruchssinn erholt hat (sie können vorübergehend unter einer Erkältung oder Geruchsmüdigkeit leiden). Arbeitnehmer mit dauerhafter sensorischer Beeinträchtigung qualifizieren sich nicht für diese QLFT-Methode.

Testadministratoren verwenden eine 250 Liter-Fassauskleidung aus Kunststoff, die als Kabine dient und eine wiederholbare Konzentration von IAA um den Kopf der Testperson herum erzeugt. Der Testleiter trägt 0,75 cm³ IAA auf ein Papiertuch auf, das genau 5 x 6 Zoll groß und in der Hälfte gefaltet ist. Der Administrator führt die IAA in die Kabine ein, indem er das Handtuch über den Kopf der Testperson hängt. Es folgt eine zweiminütige Wartezeit. Für jeden Test ist ein neu vorbereitetes Papiertuch erforderlich.

Mit quantitativen Dichtsitzprüfungen als Vergleichsstandard testeten die Forscher die Wirksamkeit des Isoamylacetat-Fit-Test-Protokolls. Das Isoamylacetat-Protokoll erreicht die Validierung für einen Fit-Faktor von 100. Mit anderen Worten, ein ordnungsgemäß durchgeführter IAA-Fit-Test kann einen Fit-Faktor von 100 ergeben, aber nicht mehr.

Saccharin-Lösung-Aerosol-QLFT-Protokoll

Eine andere Methode des QLFT ist der Saccharin-Lösung-Fit-Test. Natrium-Saccharin ist die chemische Bezeichnung des verwendeten Testmittels. Der Saccharin-Test wird am häufigsten für Einweg-Filtermasken verwendet und kann auch auf andere Masken angewendet werden. Der Saccharin-Test stützt sich auf den Geschmackssinn einer Person. Wenn der Träger der Atemschutzmaske den süßen Geschmack des Saccharins erkennt, passt die Maske nicht gut genug.

Administratoren führen zunächst einen Empfindlichkeitstest durch, um die Saccharinkonzentration zu bestimmen, die erforderlich ist, um die Geschmacksschwelle der Testperson zu erreichen. Wie beim IAA-Test geben die Verabreicher eine wiederholbare Konzentration der Saccharin-Testlösung mit einem DeVilbiss Nebulizer in eine Haube, die über den Kopf des Maskenträgers gestülpt wird. Der Schwellenwerttest der Testperson bestimmt die Anzahl der erforderlichen Zerstäuberquetschungen (normalerweise zwischen 10 und 30). Der Administrator muss die Testperson anweisen, während des gesamten Tests mit herausgestreckter Zunge durch den Mund zu atmen.

Das Saccharin-Lösungs-Protokoll hat die gleichen FF-Grenzwerte wie der IAA-Test. Ein erfolgreicher Saccharin-Lösungs-Fit-Test kann einen Fit-Faktor von 100, aber nicht mehr, erreichen.

NIOSH, das US-amerikanische National Institute of Occupational Safety and Health, sprach sich gegen die Verwendung des Saccharin-Lösungs-Protokoll aus und erklärte: "Da Natrium-Saccharin ein potenzielles Karzinogen ist, empfehlen wir, es nicht für die Atemschutzmasken-Dichtsitzprüfungen zu verwenden.¹" Die OSHA ist der Position von NIOSH gegenüber indifferent und lässt weiterhin Saccharin-Dichtsitzprüfungen zu. Weitere Informationen finden Sie in der Präambel zu 29 CFR 1910.134.

Bitrex-Lösung-Aerosol-QLFT-Protokoll

Dieses qualitative Testprotokoll verwendet ein bitter schmeckendes Testmittel namens Bitrex®. Bitrex ist ein von der FDA zugelassener Aromastoff, der ursprünglich als Aversionsmittel entwickelt wurde. Die Hersteller fügten Bitrix giftigen Haushaltschemikalien bei, um Kinder davon abzuhalten, diese zu schlucken. Der chemische Name von Bitrex ist Denatoniumbenzoat. 

Der Bitrex-Test verwendet dieselbe Haube, denselben Zerstäuber, dasselbe Verfahren und dieselbe Lösung zur Bestimmung der Geschmacksschwelle wie der Saccharin-Test. Bitrex hat den Ruf, bei fehlgeschlagenen Dichtsitzprüfungen eine starke Reaktion der Testpersonen hervorzurufen. Wie beim Saccharin-Test muss der Testleiter die Testperson anweisen, während des Tests mit herausgestreckter Zunge durch den Mund zu atmen.

Das Bitrex Solution Aerosol Protocol hat identische FF-Grenzwerte erreicht wie der IAA- und der Saccharin-Test. Ein ordnungsgemäß durchgeführter und erfolgreicher Bitrex-Test ergibt einen Fit-Faktor von 100, aber nicht mehr.

QLFT-Protokoll für Reizgas (Irritant Smoke QLFT)

Das Irritant Smoke Protocol verwendet eine ätzende Chemikalie, Zinnchlorid (SnCl4). SnCl4 wird aus einem Röhrchen mit Hilfe eines Druckballons im Kopfbereich der Versuchsperson versprüht. Durch das Zusammendrücken des Ballons wird Umgebungsluft durch das Rohr gepresst. Das SnCl4 reagiert mit der Feuchtigkeit in der Luft unter Bildung von Chlorwasserstoff (HCl), einem sauren Gas. Wenn SnCl4 aus dem Rohr austritt, reagiert es mit der Feuchtigkeit in der Luft und bildet einen sichtbaren Rauch. Wenn genug von diesem reizenden Gas in die Maske gelangt, reagiert der Träger mit Husten oder tränenden Augen. Die OSHA verlangt, dass eine Person, die sich einem Reizgas-Test unterzieht, ihre Augen schließen muss.

Reizgas ist aus einer Reihe von Gründen problematisch. 1983² führte das Los Alamos National Laboratory eine Studie über die Wirksamkeit der Methode durch. Die Forscher berichteten von einem Konfidenzniveau von nur 92 Prozent bei einem Fit-Faktor von 100. Branchenexperten sind sich im Allgemeinen einig, dass ein Konfidenzniveau von 95 Prozent erforderlich ist.

Aufgrund des Fehlens eines akzeptierten Schwellenwerttests kann das Irritant Smoke Protocol nicht wirklich validiert werden. Vor dem Test richten die Administratoren als Referenz eine 100-prozentige Konzentration des Reizgases auf das Gesicht der Testperson. Da die Konzentration des Reizgases sowohl hoch als auch unkontrolliert und nicht wiederholbar ist, gilt dies nicht als Schwellenwert-Test. Im Gegensatz zu den IAA- und Saccharin-Tests verwendet das Irritant Smoke Protocol keine Haube oder Hülle.

Die Methoden des Irritant Smoke Protocol qualifizieren sich nach einem erfolgreichen Test nicht für einen spezifischen Fit-Faktor. Einige von der OSHA zitierte Studien deuten darauf hin, dass es zur Bestimmung eines Fit-Faktors von 100 ausreichend ist. Wie bei anderen QLFT-Protokollen erlaubt es die OSHA, dass eine erfolgreiche und ordnungsgemäß durchgeführte Reizgas-Dichtsitzprüfung einen Fit-Faktor von 100, aber nicht mehr, beanspruchen kann.

NIOSH erkannte ein weiteres Problem mit dem Irritant Smoke Protocol. In einem Bericht zur Bewertung von Gesundheitsgefahren³ aus dem Jahr 1993 stellte NIOSH fest, dass ungesunde Konzentrationen von Chlorwasserstoff-Säuregas durch die Reaktion von Reizgas mit der Umgebungsfeuchtigkeit entstehen können. In einem Fall stießen die Versuchspersonen während der Dichtsitzprüfung auf Chlorwasserstoffkonzentrationen von 100 ppm bis 14.400 ppm. Die zulässige Expositionsgrenze (PEL) für Chlorwasserstoff beträgt 5 ppm, und 100 ppm ist die Konzentration, die nach NIOSH als unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährdend eingestuft wird.

Darüber hinaus gibt es veröffentlichte Berichte über Ermüdung der Atemwege im Zusammenhang mit Reizgastests. Das Sicherheitsdatenblatt für Zinnchlorid warnt die Benutzer davor, den Rauch einzuatmen oder zuzulassen, dass er Ihre Kleidung oder Haut berührt. Bedenken hinsichtlich der Haftung haben einige Anbieter von Beatmungsschläuchen dazu veranlasst, die Werbung für dieses Produkt im Zusammenhang mit Atemschutzmasken-Dichtsitzprüfungen einzustellen.

Am 4. Mai 1999 gab NIOSH eine Grundsatzerklärung zur Verwendung von Atemschutzmasken heraus. In diesem Dokument legte NIOSH seinen Standpunkt dar, dass reizendes Gas für die Dichtsitzprüfung unsicher ist. Dennoch nahm die OSHA das Protokoll über Reizgas in 29 CFR 1910.134 auf. Die OSHA geht auf die Bedenken hinsichtlich der Exposition ein, indem sie die Verwendung einer Kabine oder Haube verbietet und verlangt, dass die Augen der Versuchsperson während der Prüfung geschlossen werden. Eine ausführliche Erläuterung der Gründe der OSHA für die Beibehaltung des Reizgas-Protokolls findet sich in der Präambel zu 29 CFR 1910.134. 

Schlussfolgerung

Die derzeitigen Protokolle für qualitative Dichtsitzprüfungen sind ungeeignet, um Atemschutzmasken mit APFs >10 zu testen, wenn ein Fit-Faktor ≥100 erforderlich ist. Der OSHA-Atemschutzstandard 29 CFR 1910.134 erkennt diese Realität an und kodifiziert sie im US-Arbeitsrecht. Der Standard ersetzte verschiedene Bestimmungen zur Dichtsitzprüfung in den anderen stoffspezifischen Vorschriften und stellte damit sicher, dass Arbeitgeber und ihre Vertreter in allen Situationen sicher und einheitlich Atemschutz-Dichtsitzprüfungen durchführen.

Die quantitative Dichtsitzprüfmethode des Ambient Aerosol Condensation Nuclei Counter (CNC) ist die Norm für eine sichere Atemschutzmaskenanwendung. Die Beweise sind eindeutig und gut belegt. Die Verwendung von quantitativen gegenüber qualitativen Dichtsitzprüfungen gewährleistet einen besseren Sitz, eine bessere Dokumentation und eine bessere Einhaltung der Vorschriften für eine besser geschützte Belegschaft.

¹Brief von J. Donald Millar, M.D., Director of NIOSH to Mr. Darell A. Bevis, Arbeitssicherheitsexperte, 31. Januar 1992.

²James L. Marsh, Evaluation of Irritant Smoke Qualitative Fitting Test for Respirators, Los Alamos National Laboratory document LA-9778-MS, 1983

³HETA 93-040-2315 Anchorage Fire Department, Anchorage, Alaska, U.S. Dept. of Health and Human Services, National Institute for Occupational Safety and Health, Mai 1993 (ein kostenloses Exemplar kann per FAX beim NIOSH Publications Office unter (513) 533-8573 angefordert werden).