DIN-Fachbericht 160-2008 Release of fibres and particles from cigarette filters《香烟过滤嘴中纤维和颗粒的释放》.pdf

1、Oktober 2008 Preisgruppe 12DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nurmit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 65.160!$Q6e“1461966www.din.deDDIN-Fachbericht 160Freisetzung von Fasern und Partikeln aus Zigarette

2、nfilternRelease of fibres and particles from cigarette filtersLibration des fibres et des particules des filtres de cigarettesAlleinverkauf durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 21 SeitenDIN FB 160:2008-10 2 Vorwort Im Jahr 2002 wurde vom damaligen Bundesinstitut fr gesundhe

3、itlichen Verbraucherschutz und Veterinr-medizin (BgVV) eine Stellungnahme zum Thema Freisetzung von Celluloseacetatfasern und Kohlepartikeln aus Zigarettenfiltern“ verffentlicht 1. Der Arbeitsausschuss Tabak und Tabakerzeugnisse“ wurde daraufhin durch das Bundesministerium fr Verbraucherschutz, Ernh

4、rung und Landwirtschaft gebeten, den Sachstand zur Thematik Partikel aus Zigarettenfiltern abklren zu lassen. Dazu wurde eine prnormativ arbeitende Ad-hoc-Gruppe eingerichtet, durch die Untersuchungen zur Anzahl und Dimension der beim Rauchvorgang freigesetzten inhalierbaren Partikel sowie zur Chara

5、kterisierung von Stuben durchgefhrt wurden, die bei der industriellen Fertigung von Zigaretten entstehen. Die Ad-hoc-Gruppe hat einen umfangreichen Bericht vorgelegt, in dem die Fragestellung abschlieend geklrt wird. DIN FB 160:2008-10 3 Zusammenfassung Fr eine Bewertung der aus Zigarettenfiltern fr

6、eigesetzten Partikel ist eine Differenzierung nach deren Gre und dem daraus resultierenden Gefhrdungspotential erforderlich. Unterschieden werden: die Faserschnitt- und Faserbruchstcke von der Gre der Acetatfilamente (aerodynamischer Faser-durchmesser von mindestens 25 m), wie diese beim Schneiden d

7、es Filters entstehen knnen, sowie lungengngige sphrische und faserfrmige Staubfraktionen, wie diese von mechanischen Beanspru-chungen bei Garnen, Textilien o. . bekannt sind. Fr die qualitative und quantitative Bestimmung dieser Partikel sind unterschiedliche Untersuchungsmethoden erforderlich. Die

8、greren Faserschnitt- und Faserbruchstcke, deren Freisetzung aus dem Filter bereits von mehreren Arbeitsgruppen untersucht wurde, sind nicht lungengngig; d. h. sie knnen aufgrund ihrer Gre und nicht zuletzt auch wegen einer berwiegend gekrmmten Form nicht in den Tracheo-Bronchialbaum gelangen und ste

9、llen daher keine gesundheitliche Gefhrdung dar. Diese Partikel lassen sich sicher lichtmikroskopisch erkennen und charakterisieren, ohne dass fr diese Untersuchungen besondere Vorkehrungen erforderlich sind. Die sehr unterschiedlichen Ergebnisse verschiedener Arbeitsgruppen bezglich der Anzahl der i

10、n den Luftraum bergehenden Faserschnitt- und Faserbruchstcke wird in diesem Bericht vergleichend dargestellt. Es zeigt sich, dass eine Absaugung bei vertikaler Anordnung sowie die mechanische Beanspruchung des Filters wesentliche Ursachen fr eine erhhte Freisetzung von den Faserstcken sind. Es zeigt

11、 sich auch, dass beim Rauchen von handelsblichen Filterzigaretten die Anzahl der freigesetzten Faserstcke weniger als ein ( 300 m) gefunden hatten, deren Herkunft in den Acetatfasern von Zigarettenfiltern vermutet wurde. Durch den Nachweis von Acetatfaserstcken auf den Filterschnittflchen von versch

12、iedenen Zigarettenmarken wurden die Autoren in ihrer Vermutung bestrkt, dass diese Fasern durch den Rauchvorgang in die Lunge gelangt sind3. Zur Freisetzung der Faserstcke vom Zigarettenfilter wurden verschiedene Methoden getestet, z. B. Ausklopfen aus verschiedenen Fallhhen und bertragen (Abklatsch

13、en) auf eine Rinderleber. Die ab-gegebenen Fasern wurden mittels Stereolupe ausgezhlt, wobei Mittelwerte (ber verschiedene Marken) von 3 bis 14 Fasern je Zigarette angegeben wurden. Die hchsten Werte ergaben sich bei Verwendung der Methode mit der Rinderleber. In einer Folgeuntersuchung hatte diese

14、Arbeitsgruppe Gewebeproben aus Lungen von 22 Rauchern, 56 ehe-maligen Rauchern und 14 Nichtrauchern mit dem Polarisationsmikroskop untersucht und viele Fasern gefun-den4, die in cellulosische Fasern oder Chemiefasern differenziert wurden (Acetatfasern aus Zigarettenfiltern wurden in dieser Publikati

15、on nicht mehr erwhnt) 7. Das Thema der Faserfreisetzung aus Zigarettenfiltern wurde von dieser Arbeitsgruppe einige Jahre spter in einem Artikel fr die Sonderausgabe von Tobacco Control nochmals aufgegriffen, es wurden jedoch keine neuen eigenen Untersuchungen oder Erkenntnisse hierzu angefhrt 8. 3.

16、2 Folgeuntersuchungen durch die Industrie Die Freisetzung von Faserstcken aus Zigarettenfiltern wurde nach der ersten Verffentlichung von der Industrie bzw. im Auftrag der Industrie vielfltig untersucht und deren Ergebnisse auf Tagungen der Zigaret-tenindustrie vorgetragen und auch teilweise publizi

17、ert. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen variieren jedoch stark, weswegen diese im Folgenden ausfhrlicher beschrieben werden: W. Rper und A. Murray (Fa. Reemtsma, Hamburg) 9 berichteten bereits 1995 ber ihre Ergebnisse zu Faserstcken auf dem Filterquerschnitt von verschiedenen kommerziellen Zigaret

18、ten aus Deutschland, UK und USA, wozu sie zum bertragen ein feuchtes Agargel verwendeten, das anschlieend mit dem Lichtmikroskop untersucht wurde. Je Zigarette wurden derart zwischen 2 und 37 Faserstcke in Lngen von 75 m bis 1,7 mm gefunden. Der Zigarettenfiltertyp, bei dem die meisten anhaftenden F

19、aserstcke gefunden wurden, wurde noch horizontal scheinabgeraucht“ (d. h. ohne Anznden der Zigarette) sowohl unter den blichen Standardabrauchbedingungen (DIN ISO 4387 2: 35 ml Zugvolumen ber 2 s; jeweils mit 10 Zgen) als auch mit einem erhhten Volumenstrom von 60 ml/s (kontinuierlich). Die luftgetr

20、agenen Teilchen wurden auf einem Membranfilter abgeschieden. Bei der Auswertung der Filter im Lichtmikroskop wurden keine Faserstcke gefunden (von 4 Zigaretten bzw. 5 Zigaretten). Auch eine normale 3Die beschriebenen Fasern haben eine Dimension, die jedoch eine Aufnahme in die Lunge ber den Luftweg

21、ausschliet 5. Die in den Lungenproben gefundenen Fasern knnten auch aus Viskose bestehen, was vielfltig in Hygieneanwendungen (und auch im Krankenhausbereich) eingesetzt wird, und neben den profilierten auch in trilobalen (Y“) Querschnitten hergestellt wird (z. B. Viloft“, Galaxy“). 4In einem pathol

22、ogischen Gutachten fr die Industrievereinigung Chemiefaser (IVC) wird jedoch angefhrt, dass die gefundenen Fasern vermutlich durch den operativen Eingriff oder aber auch durch properative Manahmen frisch in die Lunge eingebracht worden sind, wofr das Fehlen der Fremdkrperreaktionen (Eisen-Eiwei-Hlle

23、 oder Makrophagen) um diese prparierten Fasern spreche 6. DIN FB 160:2008-10 10 Abrauchung (mit Anznden) von 10 dieser Zigaretten und Auswertung des Glasfaserfilters mittels Rasterelektronenmikroskop ergab keinen Befund eines bergangs der Faserstcke in den Luftraum 9. Der deutsche Verband der Cigare

24、ttenindustrie (VdC) hatte das Toxikologielabor BIBRA Intern. in Carshalton (England) beauftragt, eine derartige Untersuchung an drei kommerziellen Zigaretten mit verschiedenen Acetatfiltern mit einem greren Untersuchungsumfang zu wiederholen. Zur Bestimmung der Faserstcke auf der Schnittflche wurden

25、 diese unter einer definierten Belastung von 15 g auf ein Agargel gedrckt, und die daran haftenden Faserstcke wurden mittels Lichtmikroskop ausgemessen. Mit jeweils 10 derart untersuchten Filtern wurden gemittelt 10 bis 22 Fasern je Zigarette gefunden. In horizontaler Anordnung wurden diese Zigarett

26、en unter den standardisierten Abrauchbedingungen von DIN ISO 4387 2 (35 ml Zugvolumen in 2 s) mit jeweils 8 bis 10 Zgen normal und scheinabgeraucht. Die Partikelphase wurde auf Glasfaserfilter abgeschieden, die mittels Lichtmikroskopie untersucht wurden. Von jeweils 30 Zigaretten, die derart berauch

27、t“ wurden, wurden 0 bis 0,03 und 0,03 bis 0,07 Faserstcke je Zigarette bei der normalen bzw. der Scheinabrauchung gefunden 10. Der Filterhersteller Filtrona Lim. in Jarrow (England) hatte ebenfalls bei BIBRA Intern. die Anzahl der beim Scheinrauchen und beim Abklatschen freigesetzten Faserstcke von

28、insgesamt 9 verschiedenen Filtern mit den vorab beschriebenen Methoden bestimmen lassen. Bei der Scheinabrauchung kamen jeweils nur 3 Zigarettenfilter zum Einsatz, und es wurden insgesamt 2 Faserstcke gefunden (entsprechend 0,1 Faserstcke/Zigarette) 11. Die Fa. Eastman Chemicals, Kingsport (USA), He

29、rsteller von Filter Tow, fhrte umfangreiche Experi-mente durch, die das Ziel hatten, abzuklren und den experimentellen Nachweis zu fhren, dass diese freigesetzten Faserstcke nicht alveolengngig sind. Dazu wurden in Zusammenarbeit mit Prof. V.A. Marple von der Universitt Minnesota Impaktoren entwi-ck

30、elt und getestet, deren Abscheidebereich den der blichen Gerte von etwa 10 m bersteigt 12. Fr die Untersuchung der Zigaretten wurde u. a. ein zweistufiger, neu entwickelter Impaktor eingesetzt, fr den mit sphrischen Partikeln eine Partikelausschlussgrenze fr einen aerodynamischen Durch-messer von 23

31、 m nachgewiesen wurde. Partikel mit geringeren aerodynamischen Durchmessern wer-den auf einem nachgeschalteten Filter gesammelt. In der (fr die Funktionsweise des Impaktors notwendigen) vertikalen Anordnung wurden die Zigaretten mit einer konstanten Ansaugung von 17 ml/s scheinabgeraucht, wobei jede

32、 Zigarette jeweils achtmal 9 mm tief in die Dichtlippe eingeschoben wurde, was eine strkere mechanische Beanspruchung (Walkung/Quetschung) des Filters bedeutete. Die Stufen des Impaktors und der nachgeschalteten Filter (ohne Angabe ber Art des Filtermaterials) wurden lichtmikroskopisch untersucht un

33、d die Abmessungen der abgeschiedenen Acetatfasern, die ber den Y-Querschnitt identifiziert wurden, ausgemessen5. In allen 4 Versuchsreihen mit je 40 bis 120 Zigaretten konnten auf dem Nachfilter keine Faserbruchstcke gefunden werden; das heit, alle freigesetzten Faserstcke wiesen einen aerodynamisch

34、en Durchmesser von 23 m auf 13. Bei einer weiteren Untersuchung dieser Arbeitsgruppe wurden 3 verschiedene Zigarettenmarken mit jeweils 20 Zigaretten ebenfalls in vertikaler Anordnung mit einem Einzelabrauchgert unter den Stan-dardbedingungen (DIN ISO 4387 2, 35 ml/2 s) schein- und normal abgeraucht

35、 und die Partikel auf einem Filter aus Polyester (Dacron“) abgeschieden (die Zigarette wurde bei dieser Anordnung nicht mehrfach in die Dichtlippe eingeschoben). Dabei betrug die Anzahl an freigesetzten Faserstcken 0,4 bis 1,2 bzw. 0,9 bis 3 Faserstcke je Zigarette 14. Mitarbeiter der Fa. Brown and

36、Williamson Tobacco Company in Macon (USA) untersuchten die von Zigarettenfiltern freigesetzten Partikel mittels Lichtmikroskopie, sowie mit FT-Infrarot-Spektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersiver Rntgenfluoreszenzspektroskopie6.Hierzu wurden kommerzielle und auch Test-Zigare

37、tten mit unterschiedlichen Filtern, die mundstckseitig ausschlielich 5Bei dieser Untersuchung wurde ausschlielich nach den Faserbruchstcken gesucht und andere oder kleinere Partikel bewusst ignoriert. 6Techniken, die nur bei grberen Partikeln gut und sicher einsetzbar sind. DIN FB 160:2008-10 11 Ace

38、tatfilter besaen, verwendet. Die Scheinberauchung erfolgte in vertikaler Anordnung unter intensiven Abrauchbedingungen (55 ml/2 s) auf einen 44-mm-Nitrocellulose-Membranfilter (0,8 m Porendurch-messer), und die Partikel wurden lichtmikroskopisch im Auflicht ausgemessen. Fr die verschiedenen Zigarett

39、entypen wurde die Anzahl an freigesetzten Partikeln zu 0,2 bis 1,4 Partikel je Zigarette ermit-telt 15. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zur Freisetzung von Faserstcken beim Abrauchen und bei der Scheinberauchung sind in der Tabelle 1 zusammengestellt. Es ist offensichtlich, dass vor allem die B

40、ehand-lung des Filters und nicht unterschiedliche Auswertungsmethoden fr die Anzahl der freigesetzten Faser-stcke verantwortlich ist und die wesentlichen Unterschiede erklren kann: Durch mechanisches Walken des Filters oder durch die Quetschung in die Hlse bei einer vertikaler Positionierung lassen

41、sich die meisten Partikel freisetzen, whrend bei horizontaler oder auch vertikaler Anordnung und miger Wal-kung/Quetschung nahezu keine Faserstcke freigesetzt werden und in den Luftraum bergehen. Tabelle 1 Ergebnisse zur Freisetzung von Faserstcken beim Abrauchen und Scheinabrauchen Autor Anordnung

42、Art des RauchensaAnzahl der untersuchten Zigaretten Faseranzahl je Zigarette Rper (1995) Horizontal Schein (intensiv) normal 1 4 + 5 Cig. 1 10 Cig. 0 0 BIBRA (1996) Horizontal Schein (Standard) normal 3 30 Cig. 3 30 Cig 0,03 bis 0,07 0 bis 0,03 BIBRA (1998) Horizontal Schein (Standard) 9 3 Cig. 0 bi

43、s 0,3 Collazo (2002) Vertikal Schein - im Impaktorb normal - im Impaktorb4 40 bis 120 Cig. 1 100 Cig. 7,3 bis 14,5 8,8 Collazo (1999) Vertikal Schein (Standard) normal (Standard) 3 20 Cig. 3 20 Cig. 0,4 bis 1,2 0,9 bis 3 Agyei-Aye (2004) Vertikal Schein (intensiv) 7 100 Cig. 0,2 bis 1,4caSchein: Sch

44、einabrauchung; normal: mit angezndeter Zigarette; Standard: 35 ml/2 s; intensiv: 55 ml/2 s bis 60 ml/2 s bDie Zigaretten wurden nach jedem Zug wieder 9 mm tief in die Lippe des Impaktors eingeschoben, kontinuierliche Ansaugung von 17 ml/s. cDarunter befinden sich auch Papier, Tabak, Kohle und andere

45、 Partikel. Zusammenfassende Bewertungen Bei der Herstellung von Zigaretten entstehen aus den gekruselten Celluloseacetatfilamenten Faserschnitt- und -bruchstcke (Faserstcke), die auf der Schnittflche der Zigarettenfilter verbleiben und bei einer strke-ren mechanischen Beanspruchung des Filters (Ausb

46、rseln“ durch Walken des Filters; Abklatschen gegen klebrige Oberflche) freigesetzt werden knnen. Aus den diesbezglichen Untersuchungen lsst sich eine Menge von etwa 10 bis 30 Faserstcke je Zigarette abschtzen (was etwa 0,2 % der insgesamt in einem Filter vorhandenen Filamente entspricht). Deren berg

47、ang in den Luftraum bei einer horizontalen Abrauchung oder auch einer vertikalen Anordnung mit miger mechanischer Beanspruchung liegt dagegen nur bei max. 1 Faser je Zigarette (das Gewicht eines Faserstcks von einer mittleren Lnge von 300 m liegt bei etwa 0,1 g). Die greren Diskrepanzen zwischen den

48、 Ergebnissen von verschiedenen Untersuchungen sind weniger bedingt durch die Messung selbst und deren Auswertung, sondern es ist offensichtlich, dass dies eine Frage der Handhabung des Filters ist: Durch eine strkere mechanische Beanspruchung und eine vertikale DIN FB 160:2008-10 12 Anordnung knnen

49、die auf der Schnittflche befindlichen Faserstcke leichter freigesetzt werden und auch zustzliche Faserstcke ausgebrochen werden. Diese Faserstcke sind ausnahmslos nicht lungengngig (alveolengngig“) und gelangen wegen ihrer Gre und Form (berwiegend gekrmmt) auch nicht in den Tracheo-Bronchialbaum. 4 Untersuchungen zur Freis