Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Organisationseinheit der BAM
Laboratory test results are of vital importance for correctly classifying and labelling chemicals as “hazardous” as defined in the UN Globally Harmonized System (GHS) / EC CLP Regulation or as “dangerous goods” as defined in the UN Recommendations on the Transport of Dangerous Goods. Interlaboratory tests play a decisive role in assessing the reliability of laboratory test results. Interlaboratory tests performed over the last 10 years have examined different laboratory test methods. After analysing the results of these interlaboratory tests, the following conclusions can be drawn:
1. There is a need for improvement and validation for all laboratory test methods examined.
2. To avoid any discrepancy concerning the classification and labelling of chemicals, the use of validated laboratory test methods should be state of the art, with the results accompanied by the measurement uncertainty and (if applicable) the probability of incorrect classification.
This paper addresses the probability of correct/incorrect classification (for example, as dangerous goods) on the basis of the measurement deviation obtained from interlaboratory tests performed by the Centre for quality assurance for testing of dangerous goods and hazardous substances (CEQAT-DGHS) to validate laboratory test methods. This paper outlines typical results (e.g. so-called “Shark profiles” – the probability of incorrect classification as a function of the true value estimated from interlaboratory test data) as well as general conclusions and steps to be taken to guarantee that laboratory test results are fit for purpose and of high quality.
The mixture of ammonium nitrate (AN) prills and fuel oil (FO), usually called ANFO, is extensively used in the mining industry as a bulk industrial explosive. One of the major performance predictors of ANFO mixtures is the fuel oil retention, which is itself governed by the porosity of the AN prills. Standardised tests routinely used to assess oil retention face several important limitations; the first being the difficulty to cover the wide range of porosity contents and morphologies from different types of ammonium nitrate prills; the second being the inability to evaluate the closed porosity, which is an important factor regarding the sensitivity of the explosive to detonation. In this study, we present how X-ray computed tomography (XCT), and the associated advanced data processing workflow, can be used to fully characterise the structure and morphology of AN prills. We show that structural parameters such as volume fraction of the different phases and morphological parameters such as specific surface area and shape factor can be reliably extracted from the XCT data, and that there is a good agreement with the measured oil retention values. XCT can therefore be employed to non-destructively and accurately evaluate and characterise porosity in ammonium nitrate prills.
Testing of hazardous materials and evaluating their hazardous properties concerning transport, handling or use is essential for the prevention of incidents. For this purpose, test methods have been developed and published that are used worldwide today (European Union, 2008, United Nations, 2019). For the evaluation of test results their correct measurement is of importance. On basis of the interlaboratory tests carried out by BAM and PTB within the framework of the CEQAT-DGHS in the last years, it is shown that there is a need for improvement in all the test methods examined so far. In addition to the interlaboratory tests further quality measures are mandatory (ISO, 2017). For example, methods for verifying the test equipment used in the laboratories should be developed.
The development of a verification method is demonstrated using the test method UN Test N.5 as an example. This test method is used to evaluate substances which in contact with water emit flammable gases. The basic principle of the verification method is demonstrated by Lüth et al. (2019). Requirements and difficulties during this development are discussed.
This test procedure UN Test N.5 has now been modified at BAM so that it is possible to measure very small or large amounts of both flammable and/or toxic gases over a long period of time in a validated and verified test apparatus, utilizing the principle of a gas collector. This allows us to determine slow as well as fast gas evolution rates. The determination of the evolution rates (e.g. total gas amount or flow rate) of toxic gases is of special interest because of the ongoing discussion how to evaluate and quantify toxic gases which are formed from a substance due to contact with water. Up today no validated test procedure for the measurement of evolution rates for toxic gases is described. It is shown that the newly modified test method could help to solve this problem.
Prävention beginnt im Prüflabor, wenn Chemikalien auf ihre gefährlichen Eigenschaften getestet werden. Dazu sind Prüfmethoden entwickelt und veröffentlicht worden, die heute weltweit Anwendung finden. Auf die Validität der Prüfmethode und richtige Durchführung der Prüfung im Laboratorium müssen sich Sicherheitsfachkräfte, Transporteure oder Händler verlassen können. Anhand der in den letzten 10 Jahren im Rahmen des CEQAT-DGHS von BAM und PTB durchgeführten Ringversuche (RV) wird gezeigt, dass bei allen bisher untersuchten Prüfmethoden ein Verbesserungsbedarf besteht. Die RV müssen daher zunächst auf die Methodenverbesserung und -validierung abzielen und nicht auf Leistungstests. Das Labormanagement und die praktische Durchführung der Prüfung sind in vielen Laboratorien verbesserungsbedürftig. Der Begriff „Erfahrung der Prüfer“ ist kritisch zu sehen: Eine „lange Erfahrung mit vielen Prüfungen“ ist nicht unbedingt ein Garant für richtige Ergebnisse. Bei der Prüfung der gefährlichen Eigenschaften von Chemikalien sind Referenzmaterialen auf Grund der Instabilität in der Regel nicht verfügbar. Für Prüflaboratorien sind RV daher eine Alternative bei der Qualitätssicherung. RV sind jedoch aufwendig und können nur in relativ großen Zeitabständen durchgeführt werden. Es sind deshalb Verfahren zur Verifizierung z. B. der in den Laboratorien verwendeten Prüfapparaturen zu entwickeln. Die Entwicklung von Verifizierungsverfahren wird am Bespiel der Prüfmethode UN Test N.5 demonstriert.
Die Ursachen für Chemikalienunfälle können vielfältig sein. Prävention beginnt bereits im Prüflabor, wenn Chemikalien auf ihre gefährlichen Eigenschaften getestet werden. Dazu sind Prüfmethoden entwickelt und veröffentlicht worden, die heute weltweit Anwendung finden. Auf die Validität der Prüfmethode und richtige Durchführung der Prüfung im Laboratorium müssen sich Sicherheitsfachkräfte, Transporteure oder Händler verlassen können. Anhand der in den letzten 10 Jahren im Rahmen des CEQAT-DGHS von BAM und PTB durchgeführten Ringversuche (RV) wird gezeigt, dass bei allen bisher untersuchten Prüfmethoden ein Verbesserungsbedarf besteht. Die RV müssen daher zunächst auf die Methodenverbesserung und -validierung abzielen und nicht auf Leistungstests. Das Labormanagement und die praktische Durchführung der Prüfung sind in vielen Laboratorien verbesserungsbedürftig. Der Begriff „Erfahrung der Prüfer“ ist kritisch zu sehen: Eine „lange Erfahrung mit vielen Prüfungen“ ist nicht unbedingt ein Garant für richtige Ergebnisse.
Das Deflagrationsverhalten von Feststoffen unter atmosphärischen Bedingungen wurde in der Vergangenheit eingehend untersucht. Standardmäßig wird die Deflagrationsprüfung in einem offenen System durchgeführt. Aber auch in geschlossenen Systemen ist die Deflagrationsprüfung durchführbar und sie liefert Ergebnisse, die mit den Standardmethoden vergleichbar sind. Darüber hinaus bietet die Prüfung in einem geschlossenen System den Vorteil, nicht nur die Temperatur, sondern auch den Druck messen und für die Beschreibung des Deflagrationsverlaufs heranziehen zu können.
Auch für die Prüfung in geschlossenen Systemen liegt eine Reihe an experimentellen Ergebnissen vor. Von Klais wurde veröffentlicht, dass die Deflagrationsgeschwindigkeit, beschrieben anhand der Druckanstiegsrate, mit steigendem Druck ansteigt. Vor dem Hintergrund dieser experimentellen Beobachtung wurde interpretiert, dass die Steigerung der Geschwindigkeit ihre Ursache im steigenden Umgebungsdruck findet. Es wurde weiter versucht, einen funktionalen Zusammenhang zwischen Umgebungsdruck und Deflagrationsgeschwindigkeit, ausgedrückt durch die Druckanstiegsrate, herzustellen. Dabei wurde nicht beachtet, dass neben dem Umgebungsdruck noch andere Einflussfaktoren auf die Deflagrationsgeschwindigkeit gegeben sind. Wesentlich ist hierbei die für die Reaktion zur Verfügung stehende Oberfläche, die sich bei einer lokalen, punktförmigen Anzündung mit fortschreitender Reaktionszeit vergrößert.
In diesem Beitrag wird der Einfluss des Umgebungsdrucks auf die Deflagrationsgeschwindigkeit systematisch untersucht. Zu diesem Zweck wurden Experimente bei verschiedenen Ausgangsdrücken bis zu 50 bar (abs) durchgeführt. Der Anfangsdruck, also der Druck der vor Beginn eines Experiments im Reaktionsraum herrscht, wurde schrittweise von einem Experiment zum nächsten erhöht. Für die Versuchsreihen wurden zwei Substanzen verwendet: Azodicarbonamid und ein Imidazolderivat. Diese unterscheiden sich in ihrem Deflagrationsverhalten und hinsichtlich der Gasmengenentwicklung.
Die durchgeführten Experimente haben gezeigt, dass die Deflagrationsgeschwindigkeit mit steigendem Druck zunimmt. Sowohl die Druckanstiegsrate, als auch die lineare Ausbreitungsrate sind ein gutes Maß dafür. Zwischen den beiden Kenngrößen besteht ein linearer Zusammenhang. Für eine gegebene Geometrie lässt sich die eine Kenngröße aus der anderen berechnen.