Wie das sichtbare Licht ist die ultraviolette Strahlung (UVR) eine Form der optischen Strahlung mit kürzeren Wellenlängen und energiereicheren Photonen (Strahlungsteilchen) als ihr sichtbares Gegenstück. Die meisten Lichtquellen emittieren auch etwas UVR. UVR ist im Sonnenlicht vorhanden und wird auch von einer Vielzahl von UV-Quellen emittiert, die in Industrie, Wissenschaft und Medizin verwendet werden. Arbeitnehmer können UVR in einer Vielzahl von beruflichen Situationen begegnen. In einigen Fällen können bei schwachem Umgebungslicht sehr intensive Nah-Ultraviolett-Quellen („Schwarzlicht“) gesehen werden, aber normalerweise ist UV-Strahlung unsichtbar und muss durch das Leuchten von Materialien erkannt werden, die bei UV-Strahlung fluoreszieren.

So wie Licht in Farben unterteilt werden kann, die in einem Regenbogen zu sehen sind, wird UVR unterteilt und seine Bestandteile werden allgemein als bezeichnet UVA, UVB und UVC. Wellenlängen von Licht und UVR werden im Allgemeinen in Nanometern (nm) ausgedrückt; 1 nm ist ein Milliardstel (10^-9) von einem Meter. UVC (sehr kurzwelliges UVR) im Sonnenlicht wird von der Atmosphäre absorbiert und erreicht nicht die Erdoberfläche. UVC ist nur aus künstlichen Quellen wie keimtötenden Lampen erhältlich, die den größten Teil ihrer Energie bei einer einzigen Wellenlänge (254 nm) emittieren, die beim Abtöten von Bakterien und Viren auf einer Oberfläche oder in der Luft sehr effektiv ist.

UVB ist die biologisch schädlichste UV-Strahlung für Haut und Augen, und obwohl der größte Teil dieser Energie (die ein Bestandteil des Sonnenlichts ist) von der Atmosphäre absorbiert wird, verursacht sie dennoch Sonnenbrand und andere biologische Wirkungen. Langwelliges UVR, UVA, wird normalerweise in den meisten Lampenquellen gefunden und ist auch das intensivste UVR, das die Erde erreicht. Obwohl UVA tief in das Gewebe eindringen kann, ist es nicht so biologisch schädlich wie UVB, da die Energien einzelner Photonen geringer sind als bei UVB oder UVC.

Quellen der ultravioletten Strahlung

Sonnenlicht

Die größte berufsbedingte Exposition gegenüber UV-Strahlung erfahren Arbeiter im Freien unter Sonnenlicht. Die Energie der Sonnenstrahlung wird durch die Ozonschicht der Erde stark gedämpft, wodurch die terrestrische UV-Strahlung auf Wellenlängen von mehr als 290-295 nm begrenzt wird. Die Energie der gefährlicheren kurzwelligen (UVB) Strahlen im Sonnenlicht ist eine starke Funktion der atmosphärischen Neigungsbahn und variiert mit der Jahreszeit und der Tageszeit (Sliney 1986 und 1987; WHO 1994).

Künstliche Quellen

Zu den wichtigsten künstlichen Expositionsquellen für den Menschen gehören:

Industrielles Lichtbogenschweißen. Die bedeutendste Quelle potenzieller UVR-Exposition ist die Strahlungsenergie von Lichtbogenschweißgeräten. Die UVR-Werte in der Umgebung von Lichtbogenschweißgeräten sind sehr hoch, und akute Verletzungen des Auges und der Haut können innerhalb von drei bis zehn Minuten nach der Exposition bei Betrachtungsabständen von wenigen Metern auftreten. Augen- und Hautschutz ist obligatorisch.

Industrie-/Arbeitsplatz-UVR-Lampen. Bei vielen industriellen und kommerziellen Prozessen, wie beispielsweise der photochemischen Härtung von Tinten, Lacken und Kunststoffen, werden Lampen verwendet, die stark im UV-Bereich emittieren. Während die Wahrscheinlichkeit einer schädlichen Exposition aufgrund der Abschirmung gering ist, kann es in einigen Fällen zu einer versehentlichen Exposition kommen.

„Schwarzlicht“. Schwarzlichter sind Speziallampen, die überwiegend im UV-Bereich emittieren und in der Regel zur zerstörungsfreien Prüfung mit Leuchtpulvern, zur Echtheitsprüfung von Banknoten und Dokumenten sowie für Spezialeffekte in Werbung und Diskotheken eingesetzt werden. Diese Lampen stellen keine signifikante Expositionsgefahr für Menschen dar (außer in bestimmten Fällen für lichtempfindliche Haut).

Medizinische Behandlung. UVR-Lampen werden in der Medizin zu vielfältigen diagnostischen und therapeutischen Zwecken eingesetzt. UVA-Quellen werden normalerweise in diagnostischen Anwendungen verwendet. Die Exposition des Patienten ist je nach Art der Behandlung sehr unterschiedlich, und UV-Lampen, die in der Dermatologie verwendet werden, erfordern einen sorgfältigen Umgang mit den Mitarbeitern.

Keimtötende UVR-Lampen. UVR mit Wellenlängen im Bereich von 250–265 nm ist am effektivsten für die Sterilisation und Desinfektion, da es einem Maximum im DNA-Absorptionsspektrum entspricht. Als UV-Quelle werden häufig Niederdruck-Quecksilberentladungsröhren verwendet, da mehr als 90 % der abgestrahlten Energie bei der 254-nm-Linie liegt. Diese Lampen werden oft als „entkeimende Lampen“, „bakterizide Lampen“ oder einfach „UVC-Lampen“ bezeichnet. Entkeimungslampen werden in Krankenhäusern zur Bekämpfung von Tuberkulose-Infektionen eingesetzt und werden auch in mikrobiologischen Sicherheitswerkbänken verwendet, um Mikroorganismen in der Luft und auf der Oberfläche zu inaktivieren. Die ordnungsgemäße Installation der Lampen und die Verwendung eines Augenschutzes sind unerlässlich.

Kosmetische Bräunung. Bräunungsbänke sind in Unternehmen zu finden, in denen Kunden durch spezielle Bräunungslampen, die hauptsächlich im UVA-Bereich, aber auch etwas UVB emittieren, Bräune erhalten können. Die regelmäßige Nutzung einer Sonnenbank kann erheblich zur jährlichen UV-Hautbelastung einer Person beitragen; Darüber hinaus kann auch das in Sonnenstudios tätige Personal niedrigen Werten ausgesetzt sein. Das Tragen von Augenschutz wie Brillen oder Sonnenbrillen sollte für den Kunden obligatorisch sein, und je nach Vereinbarung können auch Mitarbeiter einen Augenschutz benötigen.

Allgemeinbeleuchtung. Leuchtstofflampen sind am Arbeitsplatz weit verbreitet und werden seit langem auch zu Hause eingesetzt. Diese Lampen geben geringe Mengen an UV-Strahlung ab und tragen nur wenige Prozent zur jährlichen UV-Exposition einer Person bei. Wolfram-Halogenlampen werden zunehmend im Haushalt und am Arbeitsplatz für eine Vielzahl von Beleuchtungs- und Anzeigezwecken verwendet. Nicht abgeschirmte Halogenlampen können UVR-Werte aussenden, die ausreichen, um auf kurze Distanz akute Verletzungen zu verursachen. Die Anbringung von Glasfiltern über diesen Lampen sollte diese Gefahr beseitigen.

Biologische Wirkungen

Die Haut

Erythema

Erythem oder „Sonnenbrand“ ist eine Hautrötung, die normalerweise vier bis acht Stunden nach UV-Strahlung auftritt und nach einigen Tagen allmählich verblasst. Ein schwerer Sonnenbrand kann zu Blasenbildung und Abschälen der Haut führen. UVB und UVC sind beide etwa 1,000-mal wirksamer bei der Verursachung von Erythemen als UVA (Parrish, Jaenicke und Anderson 1982), aber Erytheme, die durch die längeren UVB-Wellenlängen (295 bis 315 nm) erzeugt werden, sind schwerwiegender und dauern länger an (Hausser 1928). Die erhöhte Schwere und der zeitliche Verlauf des Erythems resultieren aus einem tieferen Eindringen dieser Wellenlängen in die Epidermis. Die maximale Empfindlichkeit der Haut tritt offensichtlich bei ungefähr 295 nm auf (Luckiesh, Holladay und Taylor 1930; Coblentz, Stair und Hogue 1931), wobei eine viel geringere (ungefähr 0.07) Empfindlichkeit bei 315 nm und längeren Wellenlängen auftritt (McKinlay und Diffey 1987).

Die minimale Erythemdosis (MED) für 295 nm, die in neueren Studien für ungebräunte, leicht pigmentierte Haut angegeben wurde, reicht von 6 bis 30 mJ/cm² (Everett, Olsen und Sayer 1965; Freeman, et al. 1966; Berger, Urbach und Davies 1968). Die MED bei 254 nm variiert stark in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit nach der Belichtung und davon, ob die Haut viel Sonnenlicht im Freien ausgesetzt war, liegt aber im Allgemeinen in der Größenordnung von 20 mJ/cm²oder so hoch wie 0.1 J/cm². Hautpigmentierung und Bräunung und vor allem eine Verdickung des Stratum corneum können diese MED um mindestens eine Größenordnung erhöhen.

Photosensibilisierung

Fachleute für Arbeitsmedizin stoßen bei lichtempfindlichen Arbeitnehmern häufig auf negative Auswirkungen einer beruflichen Exposition gegenüber UV-Strahlung. Die Anwendung bestimmter Arzneimittel kann eine photosensibilisierende Wirkung auf die UVA-Exposition haben, ebenso wie die topische Anwendung bestimmter Produkte, einschließlich einiger Parfüms, Körperlotionen usw. Reaktionen auf Photosensibilisatoren beinhalten sowohl Photoallergie (allergische Reaktion der Haut) als auch Phototoxizität (Reizung der Haut) nach UVR-Exposition durch Sonnenlicht oder industrielle UVR-Quellen. (Photosensibilitätsreaktionen während der Verwendung von Bräunungsgeräten sind ebenfalls häufig.) Diese Photosensibilisierung der Haut kann durch auf die Haut aufgetragene Cremes oder Salben, durch orale oder injizierte Medikamente oder durch die Verwendung von verschreibungspflichtigen Inhalatoren verursacht werden (siehe Abbildung 1 ). Der Arzt, der ein potenziell photosensibilisierendes Medikament verschreibt, sollte den Patienten immer warnen, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um Nebenwirkungen zu vermeiden, aber dem Patienten wird häufig nur gesagt, er solle nur Sonnenlicht und keine UVR-Quellen meiden (da diese für die allgemeine Bevölkerung ungewöhnlich sind).

Abbildung 1. Einige phonosensibilisierende Substanzen

Verzögerte Effekte

Chronische Sonneneinstrahlung – insbesondere der UVB-Anteil – beschleunigt die Hautalterung und erhöht das Hautkrebsrisiko (Fitzpatrick et al. 1974; Forbes und Davies 1982; Urbach 1969; Passchier und Bosnjakovic 1987). Mehrere epidemiologische Studien haben gezeigt, dass das Auftreten von Hautkrebs stark mit dem Breitengrad, der Höhe und der Himmelsbedeckung korreliert, die mit der UVR-Exposition korrelieren (Scotto, Fears und Gori 1980; WHO 1993).

Genaue quantitative Dosis-Wirkungs-Beziehungen für die Karzinogenese der menschlichen Haut wurden noch nicht ermittelt, obwohl hellhäutige Personen, insbesondere solche keltischen Ursprungs, viel anfälliger für die Entwicklung von Hautkrebs sind. Dennoch muss beachtet werden, dass die zur Auslösung von Hauttumoren in Tiermodellen erforderlichen UVR-Expositionen möglicherweise so langsam abgegeben werden, dass keine Erytheme erzeugt werden, und die in diesen Studien berichtete relative Wirksamkeit (relativ zum Peak bei 302 nm) variiert ebenfalls wie Sonnenbrand (Cole, Forbes und Davies 1986; Sterenborg und van der Leun 1987).

Das Auge

Photokeratitis und Photokonjunktivitis

Hierbei handelt es sich um akute Entzündungsreaktionen infolge einer UVB- und UVC-Exposition, die innerhalb weniger Stunden nach übermäßiger Exposition auftreten und normalerweise nach ein bis zwei Tagen abklingen.

Netzhautverletzung durch helles Licht

Obwohl eine thermische Schädigung der Netzhaut durch Lichtquellen unwahrscheinlich ist, kann es zu photochemischen Schäden kommen, wenn man Quellen ausgesetzt wird, die reich an blauem Licht sind. Dies kann zu einer vorübergehenden oder dauerhaften Sehminderung führen. Die normale Abneigung gegen helles Licht sollte dies jedoch verhindern, es sei denn, es wird bewusst versucht, auf helle Lichtquellen zu starren. Der Beitrag der UV-Strahlung zur Netzhautschädigung ist im Allgemeinen sehr gering, da die Absorption durch die Linse die Exposition der Netzhaut begrenzt.

Chronische Effekte

Eine langfristige berufsbedingte Exposition gegenüber UV-Strahlung über mehrere Jahrzehnte kann zu grauem Star und solchen nicht mit den Augen in Zusammenhang stehenden degenerativen Wirkungen wie Hautalterung und Hautkrebs im Zusammenhang mit Sonneneinstrahlung beitragen. Chronische Exposition gegenüber Infrarotstrahlung kann ebenfalls das Kataraktrisiko erhöhen, aber dies ist sehr unwahrscheinlich, wenn man Zugang zu einem Augenschutz hat.

Aktinische Ultraviolettstrahlung (UVB und UVC) wird stark von der Horn- und Bindehaut absorbiert. Eine Überbelichtung dieser Gewebe verursacht eine Keratokonjunktivitis, die gemeinhin als „Schweißerblitz“, „Lichtbogenauge“ oder „Schneeblindheit“ bezeichnet wird. Pitts hat über das Wirkungsspektrum und den zeitlichen Verlauf der Photokeratitis in der Hornhaut von Menschen, Kaninchen und Affen berichtet (Pitts 1974). Die Latenzzeit variiert umgekehrt mit der Schwere der Exposition und reicht von 1.5 bis 24 Stunden, tritt jedoch normalerweise innerhalb von 6 bis 12 Stunden auf; Beschwerden verschwinden normalerweise innerhalb von 48 Stunden. Es folgt eine Konjunktivitis, die von einem Erythem der die Augenlider umgebenden Gesichtshaut begleitet sein kann. Natürlich führt eine UVR-Exposition selten zu dauerhaften Augenschäden. Pitts und Tredici (1971) berichteten über Schwellenwertdaten für Photokeratitis beim Menschen für Wellenbänder mit einer Breite von 10 nm von 220 bis 310 nm. Es wurde festgestellt, dass die maximale Empfindlichkeit der Hornhaut bei 270 nm auftritt – was sich deutlich von dem Maximum für die Haut unterscheidet. Vermutlich ist 270-nm-Strahlung aufgrund des Fehlens eines Stratum corneum biologisch aktiver, um die Dosis für das Hornhautepithelgewebe bei kürzeren UVR-Wellenlängen abzuschwächen. Die Wellenlängenreaktion oder das Wirkungsspektrum variierte nicht so stark wie die Erythem-Wirkungsspektren, mit Schwellenwerten, die von 4 bis 14 mJ/cm schwankten² bei 270nm. Die bei 308 nm angegebene Schwelle betrug etwa 100 mJ/cm².

Die wiederholte Exposition des Auges gegenüber potenziell gefährlichen UV-R-Konzentrationen erhöht nicht die Schutzfähigkeit des betroffenen Gewebes (der Hornhaut), wie dies bei Hautexposition der Fall ist, was zu einer Bräunung und einer Verdickung der Hornschicht führt. Ringvold und Mitarbeiter untersuchten die UVR-Absorptionseigenschaften der Hornhaut (Ringvold 1980a) und des Kammerwassers (Ringvold 1980b) sowie die Auswirkungen von UVB-Strahlung auf das Hornhautepithel (Ringvold 1983), das Hornhautstroma (Ringvold und Davanger 1985) und das Hornhautendothel (Ringvold, Davanger und Olsen 1982; Olsen und Ringvold 1982). Ihre elektronenmikroskopischen Studien zeigten, dass Hornhautgewebe bemerkenswerte Reparatur- und Wiederherstellungseigenschaften besitzt. Obwohl man an all diesen Schichten, die anscheinend anfänglich in Zellmembranen auftauchten, leicht eine signifikante Schädigung erkennen konnte, war die morphologische Erholung nach einer Woche vollständig. Die Zerstörung von Keratozyten in der Stromaschicht war offensichtlich, und die Wiederherstellung des Endothels war trotz des normalen Fehlens eines schnellen Zellumsatzes im Endothel ausgeprägt. Cullenet al. (1984) untersuchten eine dauerhafte Endothelschädigung, wenn die UVR-Exposition dauerhaft war. Rileyet al. (1987) untersuchten auch das Hornhautendothel nach UVB-Exposition und kamen zu dem Schluss, dass schwere Einzelbelastungen wahrscheinlich keine verzögerten Wirkungen haben; Sie kamen jedoch auch zu dem Schluss, dass eine chronische Exposition Veränderungen des Endothels im Zusammenhang mit der Alterung der Hornhaut beschleunigen könnte.

Wellenlängen über 295 nm können durch die Hornhaut übertragen werden und werden fast vollständig von der Linse absorbiert. Pitts, Cullen und Hacker (1977b) zeigten, dass Katarakte bei Kaninchen durch Wellenlängen im Bereich von 295–320 nm erzeugt werden können. Die Schwellenwerte für vorübergehende Trübungen lagen im Bereich von 0.15 bis 12.6 J/cm², je nach Wellenlänge, mit einer Mindestschwelle bei 300 nm. Permanente Trübungen erforderten größere Strahlungseinwirkungen. Im Wellenlängenbereich von 325 bis 395 nm wurden selbst bei deutlich höheren Bestrahlungen von 28 bis 162 J/cm keine Lentikulareffekte festgestellt² (Pitts, Cullen und Hacker 1977a; Zuclich und Connolly 1976). Diese Studien veranschaulichen deutlich die besondere Gefahr des Spektralbands von 300–315 nm, wie zu erwarten wäre, da Photonen dieser Wellenlängen effizient eindringen und ausreichend Energie haben, um photochemische Schäden zu erzeugen.

Tayloret al. (1988) lieferten epidemiologische Beweise dafür, dass UVB im Sonnenlicht ein ätiologischer Faktor bei seniler Katarakt war, zeigten jedoch keine Korrelation zwischen Katarakt und UVA-Exposition. Obwohl die Hypothese, dass UVA Katarakt verursachen kann, einst aufgrund der starken UVA-Absorption durch die Linse ein weit verbreiteter Glaube war, wurde sie weder durch experimentelle Laborstudien noch durch epidemiologische Studien gestützt. Aus den experimentellen Labordaten, die zeigten, dass die Schwellenwerte für Photokeratitis niedriger waren als für Kataraktogenese, muss man schließen, dass Konzentrationen, die niedriger sind als die, die erforderlich sind, um täglich eine Photokeratitis hervorzurufen, als gefährlich für das Linsengewebe angesehen werden sollten. Selbst wenn man davon ausgehen würde, dass die Hornhaut einem Wert nahe der Photokeratitis-Schwelle ausgesetzt ist, würde man schätzen, dass die tägliche UVR-Dosis der Linse bei 308 nm weniger als 120 mJ/cm betragen würde² für 12 Stunden im Freien (Sliney 1987). Tatsächlich würde eine realistischere durchschnittliche tägliche Exposition weniger als die Hälfte dieses Wertes betragen.

Hamet al. (1982) bestimmten das Aktionsspektrum für Photoretinitis, das durch UVR im 320–400-nm-Band erzeugt wird. Sie zeigten diese Schwellen im sichtbaren Spektralband, die bei 20 bis 30 J/cm lagen² bei 440 nm auf etwa 5 J/cm reduziert² für ein 10-nm-Band, das bei 325 nm zentriert ist. Das Wirkungsspektrum stieg mit abnehmender Wellenlänge monoton an. Wir sollten daher schlussfolgern, dass Werte deutlich unter 5 J/cm liegen² bei 308 nm sollte Netzhautläsionen hervorrufen, obwohl diese Läsionen erst 24 bis 48 Stunden nach der Exposition sichtbar würden. Es gibt keine veröffentlichten Daten für Netzhautverletzungsschwellen unter 325 nm, und man kann nur erwarten, dass das Muster für das Wirkungsspektrum für photochemische Verletzungen des Hornhaut- und Linsengewebes auch für die Netzhaut gelten würde, was zu einer Verletzungsschwelle der Größenordnung führen würde von 0.1 J/cm².

Obwohl sich UVB-Strahlung eindeutig als mutagen und karzinogen für die Haut erwiesen hat, ist die extreme Seltenheit der Karzinogenese in der Hornhaut und Bindehaut ziemlich bemerkenswert. Es scheint keine wissenschaftlichen Beweise dafür zu geben, dass eine UVR-Exposition mit Hornhaut- oder Bindehautkrebs beim Menschen in Verbindung gebracht wird, obwohl dies nicht für Rinder gilt. Dies würde auf ein sehr effektives Immunsystem hindeuten, das im menschlichen Auge arbeitet, da es sicherlich Outdoor-Arbeiter gibt, die einer vergleichbaren UVR-Exposition ausgesetzt sind wie Rinder. Diese Schlussfolgerung wird weiter gestützt durch die Tatsache, dass Personen, die an einer fehlerhaften Immunantwort leiden, wie bei Xeroderma pigmentosum, häufig Neoplasien der Cornea und Conjunctiva entwickeln (Stenson 1982).

Sicherheitsstandards

Grenzwerte für die Exposition am Arbeitsplatz (EL) für UV-Strahlung wurden entwickelt und umfassen eine Wirkungsspektrumskurve, die die Schwellenwertdaten für akute Wirkungen umfasst, die aus Studien zu minimalem Erythem und Keratokonjunktivitis erhalten wurden (Sliney 1972; IRPA 1989). Diese Kurve unterscheidet sich unter Berücksichtigung von Messfehlern und Schwankungen in der individuellen Reaktion nicht wesentlich von den kollektiven Schwellenwertdaten und liegt weit unter den kataraktogenen UVB-Schwellenwerten.

Der EL für UVR ist am niedrigsten bei 270 nm (0.003 J/cm² bei 270 nm) und beispielsweise bei 308 nm 0.12 J/cm² (ACGIH 1995, IRPA 1988). Unabhängig davon, ob die Exposition durch einige gepulste Expositionen während des Tages, eine einzelne sehr kurze Exposition oder durch eine 8-stündige Exposition bei einigen Mikrowatt pro Quadratzentimeter erfolgt, ist die biologische Gefahr dieselbe, und die oben genannten Grenzwerte gelten für die voller Arbeitstag.

Arbeitsschutz

Die berufsbedingte Exposition gegenüber UV-Strahlung sollte soweit möglich minimiert werden. Bei künstlichen Quellen sollten, wo immer möglich, technische Maßnahmen wie Filterung, Abschirmung und Einhausung Vorrang haben. Administrative Kontrollen wie Zugangsbeschränkungen können die Anforderungen an den Personenschutz reduzieren.

Outdoor-Arbeiter wie Landarbeiter, Arbeiter, Bauarbeiter, Fischer usw. können ihr Risiko durch Sonneneinstrahlung minimieren, indem sie geeignete dicht gewebte Kleidung und vor allem einen Hut mit Krempe tragen, um die Exposition von Gesicht und Hals zu reduzieren. Sonnenschutzmittel können auf exponierte Haut aufgetragen werden, um eine weitere Exposition zu reduzieren. Arbeiter im Freien sollten Zugang zu Schatten haben und mit allen oben genannten notwendigen Schutzmaßnahmen ausgestattet sein.

In der Industrie gibt es viele Quellen, die innerhalb kurzer Expositionszeit akute Augenschäden verursachen können. Es ist eine Vielzahl von Augenschutzmitteln mit verschiedenen Schutzgraden erhältlich, die dem Verwendungszweck entsprechen. Zu den für den industriellen Einsatz bestimmten Schweißhelmen (die zusätzlich Schutz vor intensiver sichtbarer und infraroter Strahlung sowie als Gesichtsschutz bieten), Gesichtsschutzschilden, Schutzbrillen und UV-absorbierenden Brillen gehören. Im Allgemeinen sollten Schutzbrillen für den industriellen Einsatz eng am Gesicht anliegen und so sicherstellen, dass keine Lücken vorhanden sind, durch die UV-Strahlen direkt ins Auge gelangen können, und sie sollten gut konstruiert sein, um körperliche Verletzungen zu vermeiden.

Die Angemessenheit und Auswahl einer Schutzbrille ist von folgenden Punkten abhängig:

• die Intensität und die spektralen Emissionseigenschaften der UVR-Quelle

• die Verhaltensmuster von Menschen in der Nähe von UVR-Quellen (Entfernung und Expositionszeit sind wichtig)

• die Transmissionseigenschaften des Schutzbrillenmaterials

• das Design des Rahmens der Brille, um eine periphere Exposition des Auges gegenüber direkter, nicht absorbierter UV-Strahlung zu verhindern.

In industriellen Expositionssituationen kann der Grad der Augengefährdung durch Messung und Vergleich mit empfohlenen Expositionsgrenzwerten bestimmt werden (Duchene, Lakey und Repacholi 1991).

Messung

Aufgrund der starken Abhängigkeit biologischer Wirkungen von der Wellenlänge ist die Hauptmessung jeder UVR-Quelle ihre spektrale Leistung oder spektrale Bestrahlungsstärkeverteilung. Diese muss mit einem Spektroradiometer gemessen werden, das aus einer geeigneten Eingangsoptik, einem Monochromator und einem UVR-Detektor und -Auslesegerät besteht. Ein solches Instrument wird normalerweise nicht in der Arbeitshygiene verwendet.

In vielen praktischen Situationen wird ein Breitband-UVR-Messgerät verwendet, um sichere Expositionsdauern zu bestimmen. Aus Sicherheitsgründen kann die Spektralempfindlichkeit so angepasst werden, dass sie der Spektralfunktion folgt, die für die Expositionsrichtlinien von ACGIH und IRPA verwendet wird. Wenn geeignete Instrumente nicht verwendet werden, kommt es zu schwerwiegenden Fehlern bei der Gefährdungsbeurteilung. Es sind auch persönliche UVR-Dosimeter erhältlich (z. B. Polysulfonfilm), aber ihre Anwendung war weitgehend auf die Arbeitssicherheitsforschung beschränkt und nicht auf Erhebungen zur Gefährdungsbeurteilung.

Schlussfolgerungen

Molekulare Schäden an wichtigen Zellkomponenten, die durch UVR-Exposition entstehen, treten ständig auf, und es gibt Reparaturmechanismen, um mit der Exposition von Haut und Augengewebe gegenüber ultravioletter Strahlung fertig zu werden. Erst wenn diese Reparaturmechanismen überfordert sind, wird eine akute biologische Schädigung sichtbar (Smith 1988). Aus diesen Gründen bleibt die Minimierung der berufsbedingten UVR-Exposition ein wichtiges Anliegen von Arbeitsschutzmitarbeitern.

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Infrarotstrahlung ist der Teil des nichtionisierenden Strahlungsspektrums, der zwischen Mikrowellen und sichtbarem Licht liegt. Es ist ein natürlicher Bestandteil der menschlichen Umwelt und daher ist der Mensch ihm in allen Bereichen des täglichen Lebens in geringen Mengen ausgesetzt – zum Beispiel zu Hause oder bei Freizeitaktivitäten in der Sonne. Durch bestimmte technische Prozesse am Arbeitsplatz kann es jedoch zu sehr intensiven Expositionen kommen.

Viele industrielle Prozesse beinhalten das thermische Aushärten verschiedener Arten von Materialien. Die verwendeten Wärmequellen oder das erhitzte Material selbst geben in der Regel so viel Infrarotstrahlung ab, dass eine große Anzahl von Arbeitern potenziell gefährdet ist, dieser Strahlung ausgesetzt zu werden.

Begriffe und Mengen

Infrarotstrahlung (IR) hat Wellenlängen im Bereich von 780 nm bis 1 mm. Nach der Klassifizierung der International Commission on Illumination (CIE) wird diese Bande in IRA (von 780 nm bis 1.4 μm), IRB (von 1.4 μm bis 3 μm) und IRC (von 3 μm bis 1 mm) unterteilt. Diese Unterteilung folgt in etwa den wellenlängenabhängigen Absorptionseigenschaften von IR im Gewebe und den daraus resultierenden unterschiedlichen biologischen Wirkungen.

Die Menge sowie die zeitliche und räumliche Verteilung der Infrarotstrahlung werden durch unterschiedliche radiometrische Größen und Einheiten beschrieben. Aufgrund optischer und physiologischer Eigenschaften, insbesondere des Auges, wird üblicherweise zwischen kleinen „Punkt“-Quellen und „erweiterten“ Quellen unterschieden. Das Kriterium für diese Unterscheidung ist der Wert im Bogenmaß des Winkels (α), gemessen am Auge, das von der Quelle eingeschlossen wird. Dieser Winkel kann als Quotient der Lichtquellenabmessung berechnet werden D_L geteilt durch den Betrachtungsabstand r. Ausgedehnte Quellen sind diejenigen, die einen Betrachtungswinkel am Auge von größer als α unterdrücken_Min., was normalerweise 11 Milliradiant ist. Für alle ausgedehnten Quellen gibt es einen Betrachtungsabstand, bei dem α gleich ist α_Min.; bei größeren Betrachtungsabständen kann die Quelle wie eine Punktquelle behandelt werden. Im optischen Strahlenschutz sind die wichtigsten Größen bezüglich ausgedehnter Quellen die Glanz (L, ausgedrückt in Wm^-2sr^-1) und das zeitintegrierte Ausstrahlung (L_p in Jm^-2sr^-1), die die „Helligkeit“ der Quelle beschreiben. Für die Bewertung des Gesundheitsrisikos die relevantesten Mengen in Bezug auf Punktquellen oder Expositionen in solchen Entfernungen von der Quelle, bei denen α < α_Min., sind die Bestrahlung (E, ausgedrückt in Wm^-2), was dem Konzept der Expositionsdosisleistung entspricht, und der strahlende Belichtung (H, in Jm^-2), äquivalent zum Expositionsdosiskonzept.

In einigen Bändern des Spektrums sind die biologischen Wirkungen aufgrund der Exposition stark wellenlängenabhängig. Daher müssen zusätzliche spektroradiometrische Größen verwendet werden (z. B. die spektrale Strahldichte, L_l, ausgedrückt in Wm^-2 sr^-1 nm^-1), um die physikalischen Emissionswerte der Quelle gegen das anwendbare Wirkungsspektrum bezogen auf die biologische Wirkung abzuwägen.

Quellen und berufliche Exposition

Die Exposition gegenüber IR resultiert aus verschiedenen natürlichen und künstlichen Quellen. Die spektrale Emission von diesen Quellen kann auf eine einzelne Wellenlänge (Laser) beschränkt oder über ein breites Wellenlängenband verteilt sein.

Die verschiedenen Mechanismen zur Erzeugung optischer Strahlung im Allgemeinen sind:

• thermische Anregung (Schwarzkörperstrahlung)

• Gasentladung

• Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung (Laser), wobei der Mechanismus der Gasentladung im IR-Bereich von untergeordneter Bedeutung ist.

Die Emission der wichtigsten Quellen, die in vielen industriellen Prozessen verwendet werden, resultiert aus thermischer Anregung und kann mit den physikalischen Gesetzen der Schwarzkörperstrahlung angenähert werden, wenn die absolute Temperatur der Quelle bekannt ist. Die Gesamtemission (M, in Wm^-2) eines schwarzen Strahlers (Abbildung 1) wird durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben:

M(T) = 5.67 x 10^-8T⁴

und hängt von der 4. Potenz der Temperatur ab (T, in K) des strahlenden Körpers. Die spektrale Verteilung der Strahldichte wird durch das Plancksche Strahlungsgesetz beschrieben:

und die Wellenlänge der maximalen Emission (λ_max) wird nach dem Wienschen Gesetz beschrieben durch:

λ_max = (2.898 x 10^-8) / T

Abbildung 1. Spektrale Strahldichte λ_maxeines schwarzen Strahlers bei der absoluten Temperatur, die auf jeder Kurve in Grad Kelvin angegeben ist

Viele Laser, die in industriellen und medizinischen Prozessen verwendet werden, emittieren sehr hohe IR-Werte. Im Allgemeinen weist Laserstrahlung im Vergleich zu anderen Strahlungsquellen einige ungewöhnliche Eigenschaften auf, die das Risiko nach einer Exposition beeinflussen können, wie z. B. eine sehr kurze Pulsdauer oder eine extrem hohe Bestrahlungsstärke. Daher wird die Laserstrahlung an anderer Stelle in diesem Kapitel ausführlich behandelt.

Viele industrielle Prozesse erfordern die Verwendung von Quellen, die starke sichtbare und infrarote Strahlung emittieren, und daher sind eine große Anzahl von Arbeitern wie Bäcker, Glasbläser, Ofenarbeiter, Gießereiarbeiter, Schmiede, Schmelzer und Feuerwehrleute potenziell einem Expositionsrisiko ausgesetzt. Neben Lampen müssen auch solche Quellen wie Flammen, Gasbrenner, Acetylenbrenner, Pfützen aus geschmolzenem Metall und glühende Metallstangen berücksichtigt werden. Diese findet man in Gießereien, Stahlwerken und in vielen anderen Anlagen der Schwerindustrie. Tabelle 1 fasst einige Beispiele für IR-Quellen und ihre Anwendungen zusammen.

Tabelle 1. Verschiedene IR-Quellen, exponierte Bevölkerung und ungefähre Expositionsniveaus

Biologische Wirkungen

Optische Strahlung dringt im Allgemeinen nicht sehr tief in biologisches Gewebe ein. Daher sind die Hauptziele einer IR-Exposition die Haut und das Auge. Unter den meisten Expositionsbedingungen ist der Hauptinteraktionsmechanismus von IR thermisch. Lediglich die sehr kurzen Laserpulse, die hier nicht betrachtet werden, können ebenfalls zu mechanothermischen Effekten führen. Effekte durch Ionisierung oder durch Aufbrechen chemischer Bindungen sind bei IR-Strahlung nicht zu erwarten, da die Teilchenenergie mit weniger als etwa 1.6 eV zu gering ist, um solche Effekte hervorzurufen. Aus dem gleichen Grund werden photochemische Reaktionen erst bei kürzeren Wellenlängen im sichtbaren und im ultravioletten Bereich bedeutsam. Die unterschiedlichen wellenlängenabhängigen gesundheitlichen Wirkungen von IR ergeben sich hauptsächlich aus den wellenlängenabhängigen optischen Eigenschaften des Gewebes – beispielsweise der spektralen Absorption der Augenmedien (Abbildung 2).

Abbildung 2. Spektrale Absorption der Augenmedien

Auswirkungen auf das Auge

Im Allgemeinen ist das Auge gut angepasst, um sich gegen optische Strahlung aus der natürlichen Umgebung zu schützen. Darüber hinaus wird das Auge physiologisch vor Verletzungen durch helle Lichtquellen, wie die Sonne oder Lampen mit hoher Intensität, durch eine Aversionsreaktion geschützt, die die Expositionsdauer auf einen Bruchteil einer Sekunde (ungefähr 0.25 Sekunden) begrenzt.

IRA betrifft aufgrund der Transparenz der Augenmedien hauptsächlich die Netzhaut. Beim direkten Betrachten einer Punktquelle oder eines Laserstrahls machen die Fokussierungseigenschaften in der IRA-Region die Netzhaut zusätzlich viel anfälliger für Schäden als jeder andere Teil des Körpers. Bei kurzen Belichtungszeiten wird angenommen, dass die Erwärmung der Iris durch die Absorption von sichtbarem oder nahem Infrarot eine Rolle bei der Entwicklung von Trübungen in der Linse spielt.

Mit zunehmender Wellenlänge, oberhalb von etwa 1 μm, nimmt die Absorption durch Augenmedien zu. Daher wird angenommen, dass die Absorption von IRA-Strahlung sowohl durch die Linse als auch durch die pigmentierte Iris eine Rolle bei der Bildung von Linsentrübungen spielt. Schäden an der Linse werden Wellenlängen unter 3 μm zugeschrieben (IRA und IRB). Für Infrarotstrahlung mit Wellenlängen über 1.4 µm sind das Kammerwasser und die Linse besonders stark absorbierend.

Im IRB- und IRC-Bereich des Spektrums werden die Augenmedien durch die starke Absorption durch ihren Bestandteil Wasser undurchsichtig. Die Absorption in diesem Bereich erfolgt hauptsächlich in der Hornhaut und im Kammerwasser. Oberhalb von 1.9 μm ist die Hornhaut effektiv der einzige Absorber. Die Absorption langwelliger Infrarotstrahlung durch die Hornhaut kann aufgrund der Wärmeleitung zu erhöhten Temperaturen im Auge führen. Aufgrund einer schnellen Umsatzrate der oberflächlichen Hornhautzellen ist zu erwarten, dass jede auf die äußere Hornhautschicht begrenzte Schädigung vorübergehend ist. Im IRC-Band kann die Exposition ähnlich wie auf der Haut zu einer Verbrennung auf der Hornhaut führen. Hornhautverbrennungen sind jedoch aufgrund der Abneigungsreaktion, die durch das schmerzhafte Gefühl bei starker Exposition ausgelöst wird, nicht sehr wahrscheinlich.

Auswirkungen auf die Haut

Infrarotstrahlung dringt nicht sehr tief in die Haut ein. Daher kann die Exposition der Haut gegenüber sehr starkem IR zu lokalen thermischen Wirkungen unterschiedlicher Schwere und sogar zu schweren Verbrennungen führen. Die Auswirkungen auf die Haut hängen von den optischen Eigenschaften der Haut ab, wie z. B. der wellenlängenabhängigen Eindringtiefe (Abbildung 3 ). Insbesondere bei längeren Wellenlängen kann eine ausgedehnte Exposition zu einem hohen lokalen Temperaturanstieg und Verbrennungen führen. Die Schwellenwerte für diese Wirkungen sind aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Wärmetransportvorgänge in der Haut zeitabhängig. Eine Einstrahlung von 10 kWm^-2, kann beispielsweise innerhalb von 5 Sekunden ein schmerzhaftes Gefühl hervorrufen, wohingegen eine Exposition von 2 kWm^-2 innerhalb von Zeiträumen von weniger als etwa 50 Sekunden nicht die gleiche Reaktion hervorrufen.

Abbildung 3. Eindringtiefe in die Haut für verschiedene Wellenlängen

Bei sehr langen Expositionen, auch bei Werten deutlich unterhalb der Schmerzgrenze, kann die Wärmebelastung des menschlichen Körpers groß sein. Vor allem, wenn die Exposition den ganzen Körper erfasst, wie zum Beispiel vor einer Stahlschmelze. Die Folge kann ein Ungleichgewicht des ansonsten physiologisch gut ausbalancierten Thermoregulationssystems sein. Die Tolerierschwelle einer solchen Exposition hängt von verschiedenen individuellen und Umweltbedingungen ab, wie der individuellen Kapazität des Thermoregulationssystems, dem tatsächlichen Körperstoffwechsel während der Exposition oder der Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftbewegung (Windgeschwindigkeit). Ohne körperliche Arbeit maximal 300 Wm^-2 kann unter bestimmten Umgebungsbedingungen über acht Stunden toleriert werden, aber dieser Wert sinkt auf etwa 140 Wm^-2 bei schwerer körperlicher Arbeit.

Expositionsstandards

Die von der Wellenlänge und der Expositionsdauer abhängigen biologischen Wirkungen einer IR-Exposition sind nur bei Überschreitung bestimmter Intensitäts- oder Dosisschwellenwerte nicht tolerierbar. Zum Schutz vor solch unerträglichen Expositionsbedingungen haben internationale Organisationen wie die Weltgesundheitsorganisation (WHO), das Internationale Arbeitsamt (ILO), das Internationale Komitee für nichtionisierende Strahlung der International Radiation Protection Association (INIRC/IRPA) und ihre Als Nachfolger haben die International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) und die American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) Expositionsgrenzwerte für Infrarotstrahlung sowohl von kohärenten als auch inkohärenten optischen Quellen vorgeschlagen. Die meisten nationalen und internationalen Vorschläge für Richtlinien zur Begrenzung der menschlichen Exposition gegenüber Infrarotstrahlung basieren entweder auf den vorgeschlagenen Schwellenwerten (TLVs), die von der ACGIH (1993/1994) veröffentlicht wurden, oder sind sogar identisch mit diesen. Diese Grenzwerte sind weithin anerkannt und werden häufig in beruflichen Situationen verwendet. Sie basieren auf aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen und sollen eine thermische Schädigung der Netz- und Hornhaut sowie mögliche Spätfolgen an der Augenlinse verhindern.

Die Überarbeitung der ACGIH-Expositionsgrenzwerte von 1994 lautet wie folgt:

1. Zum Schutz der Netzhaut vor thermischer Schädigung bei Einwirkung von sichtbarem Licht (z. B. bei starken Lichtquellen) die spektrale Strahldichte L_λ in W/(m² sr nm) gewichtet mit der retinalen thermischen Hazard-Funktion R_λ (siehe Tabelle 2) über das Wellenlängenintervall Δ_λ und summiert über den Wellenlängenbereich von 400 bis 1400 nm, sollte nicht überschreiten:

woher t ist die Betrachtungsdauer begrenzt auf Intervalle von 10^-3 bis 10 Sekunden (d. h. für zufällige Betrachtungsbedingungen, nicht fixierte Betrachtung) und α die Winkelunterspannung der Quelle im Bogenmaß ist, berechnet durch α = maximale Ausdehnung der Quelle/Entfernung zur Quelle R_λ  (Tabelle 2 ).

2. Um die Netzhaut vor der Expositionsgefahr durch Infrarot-Wärmelampen oder andere nahe Infrarotquellen zu schützen, bei denen kein starker visueller Reiz vorhanden ist, wird die Infrarotstrahlung über den Wellenlängenbereich von 770 bis 1400 nm aus Sicht des Auges (basierend auf einer 7-mm-Pupille Durchmesser) für eine längere Dauer der Betrachtungsbedingungen sollte begrenzt werden auf:

Diese Grenze basiert auf einem Pupillendurchmesser von 7 mm, da in diesem Fall die Aversionsreaktion (z. B. Schließen des Auges) aufgrund des Fehlens von sichtbarem Licht möglicherweise nicht vorhanden ist.

3. Um mögliche verzögerte Wirkungen auf die Augenlinse, wie z. B. verzögerte Katarakt, zu vermeiden und die Hornhaut vor Überbelichtung zu schützen, sollte die Infrarotstrahlung bei Wellenlängen über 770 nm für Zeiträume von über 100 s auf 1,000 W/m² begrenzt werden und an:

oder für kürzere Zeiträume.

4. Für aphakische Patienten werden separate Gewichtungsfunktionen und resultierende TLVs für den Wellenlängenbereich von ultraviolettem und sichtbarem Licht (305–700 nm) angegeben.

Tabelle 2. Thermische Gefahrenfunktion der Netzhaut

Quelle: ACGIH 1996.

Messung

Es stehen zuverlässige radiometrische Techniken und Instrumente zur Verfügung, die es ermöglichen, das Risiko für Haut und Auge durch die Exposition gegenüber optischen Strahlungsquellen zu analysieren. Zur Charakterisierung einer konventionellen Lichtquelle ist es im Allgemeinen sehr hilfreich, die Strahldichte zu messen. Für die Definition gefährlicher Expositionsbedingungen durch optische Quellen sind die Bestrahlungsstärke und die Strahlenexposition von größerer Bedeutung. Die Bewertung breitbandiger Quellen ist komplexer als die Bewertung von Quellen, die bei einzelnen Wellenlängen oder sehr schmalbandig emittieren, da spektrale Eigenschaften und Quellengröße berücksichtigt werden müssen. Das Spektrum bestimmter Lampen besteht sowohl aus einer kontinuierlichen Emission über ein breites Wellenlängenband als auch aus einer Emission auf bestimmten einzelnen Wellenlängen (Linien). Signifikante Fehler können in die Darstellung dieser Spektren eingeführt werden, wenn der Energieanteil in jeder Linie nicht richtig zum Kontinuum hinzugefügt wird.

Zur Bewertung der Gesundheitsgefährdung müssen die Expositionswerte über einer Grenzöffnung gemessen werden, für die die Expositionsnormen festgelegt sind. Typischerweise wurde eine Öffnung von 1 mm als die kleinste praktische Öffnungsgröße betrachtet. Wellenlängen von mehr als 0.1 mm bereiten wegen signifikanter Beugungseffekte, die durch eine Öffnung von 1 mm erzeugt werden, Schwierigkeiten. Für dieses Wellenlängenband wurde eine Apertur von 1 cm² (11 mm Durchmesser) akzeptiert, da Hotspots in diesem Band größer sind als bei kürzeren Wellenlängen. Für die Bewertung der Netzhautgefährdung wurde die Größe der Öffnung durch eine durchschnittliche Pupillengröße bestimmt und daher eine Öffnung von 7 mm gewählt.

Generell sind Messungen im optischen Bereich sehr aufwendig. Messungen, die von ungeschultem Personal durchgeführt werden, können zu ungültigen Schlussfolgerungen führen. Eine ausführliche Zusammenfassung der Messverfahren findet sich in Sliney und Wolbarsht (1980).

Schutzmaßnahmen

Der wirksamste Standardschutz vor der Exposition gegenüber optischer Strahlung ist die vollständige Einhausung der Quelle und aller Strahlungspfade, die aus der Quelle austreten können. Durch solche Maßnahmen sollte die Einhaltung der Expositionsgrenzwerte in den meisten Fällen einfach zu erreichen sein. Wo dies nicht der Fall ist, gilt der Personenschutz. Beispielsweise sollte vorhandener Augenschutz in Form von geeigneten Schutzbrillen oder Visieren oder Schutzkleidung verwendet werden. Wenn die Arbeitsbedingungen die Anwendung solcher Maßnahmen nicht zulassen, können eine administrative Kontrolle und ein eingeschränkter Zugang zu sehr intensiven Quellen erforderlich sein. In manchen Fällen kann eine Reduzierung entweder der Leistung der Quelle oder der Arbeitszeit (Arbeitspausen zur Erholung von Hitzestress) oder beides eine mögliche Maßnahme zum Schutz des Arbeitnehmers sein.

Fazit

Im Allgemeinen stellt Infrarotstrahlung von den gebräuchlichsten Quellen wie Lampen oder von den meisten industriellen Anwendungen kein Risiko für Arbeitnehmer dar. An manchen Arbeitsplätzen kann IR jedoch ein Gesundheitsrisiko für den Arbeiter darstellen. Darüber hinaus nehmen der Einsatz und Einsatz von Speziallampen und Hochtemperaturprozessen in Industrie, Wissenschaft und Medizin rasant zu. Wenn die Exposition durch diese Anwendungen ausreichend hoch ist, können schädliche Wirkungen (hauptsächlich im Auge, aber auch auf der Haut) nicht ausgeschlossen werden. Es wird erwartet, dass die Bedeutung international anerkannter Standards für die Exposition gegenüber optischer Strahlung zunehmen wird. Um den Arbeitnehmer vor übermäßiger Exposition zu schützen, sollten Schutzmaßnahmen wie Abschirmung (Augenschutz) oder Schutzkleidung obligatorisch sein.

Die wichtigsten nachteiligen biologischen Wirkungen, die der Infrarotstrahlung zugeschrieben werden, sind Katarakte, bekannt als Glasbläser- oder Hochofenkatarakte. Langfristige Exposition selbst bei relativ geringen Mengen verursacht Hitzestress für den menschlichen Körper. Bei solchen Expositionsbedingungen müssen zusätzliche Faktoren wie Körpertemperatur und Verdunstungswärmeverlust sowie Umweltfaktoren berücksichtigt werden.

Um die Arbeitnehmer zu informieren und anzuleiten, wurden in den Industrieländern einige praktische Leitfäden entwickelt. Eine umfassende Zusammenfassung findet sich in Sliney und Wolbarsht (1980).

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Licht und infrarote (IR) Strahlungsenergie sind zwei Formen optischer Strahlung und bilden zusammen mit ultravioletter Strahlung das optische Spektrum. Innerhalb des optischen Spektrums haben verschiedene Wellenlängen beträchtlich unterschiedliche Potentiale, biologische Wirkungen hervorzurufen, und aus diesem Grund kann das optische Spektrum weiter unterteilt werden.

Die ! sollte Wellenlängen der Strahlungsenergie zwischen 400 und 760 nm vorbehalten bleiben, die eine visuelle Reaktion auf der Netzhaut hervorrufen (CIE 1987). Licht ist der wesentliche Bestandteil der Leistung von Beleuchtungslampen, visuellen Displays und einer Vielzahl von Beleuchtungsgeräten. Abgesehen von der Bedeutung der Beleuchtung für das Sehen können einige Lichtquellen jedoch unerwünschte physiologische Reaktionen hervorrufen, wie z. Die Emission von intensivem Licht ist auch eine potenziell gefährliche Nebenwirkung einiger industrieller Prozesse, wie z. B. des Lichtbogenschweißens.

Infrarotstrahlung (IRR, Wellenlängen 760 nm bis 1 mm) kann auch ganz allgemein als bezeichnet werden Wärmestrahlung (oder ausstrahlende Hitze) und wird von jedem warmen Objekt abgegeben (heiße Motoren, geschmolzene Metalle und andere Gießereiquellen, wärmebehandelte Oberflächen, elektrische Glühlampen, Strahlungsheizungen usw.). Infrarotstrahlung wird auch von einer Vielzahl elektrischer Geräte wie Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren und verschiedenen elektronischen Geräten emittiert.

Infrarotstrahlung ist ein beitragender Faktor bei Hitzestress. Eine hohe Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit sowie ein geringer Grad an Luftzirkulation können in Verbindung mit Strahlungswärme zu Hitzestress mit der Möglichkeit von Hitzeschäden führen. In kühleren Umgebungen können auch unerwünschte oder schlecht konstruierte Strahlungswärmequellen unangenehm sein – eine ergonomische Überlegung.

Biologische Wirkungen

Berufsbedingte Gefahren für Auge und Haut durch sichtbare und infrarote Strahlung werden durch die Abneigung des Auges gegenüber hellem Licht und das Schmerzempfinden der Haut infolge intensiver Strahlungserwärmung begrenzt. Das Auge ist gut angepasst, um sich selbst gegen eine akute Verletzung durch optische Strahlung (aufgrund von ultravioletter, sichtbarer oder infraroter Strahlungsenergie) durch Umgebungssonnenlicht zu schützen. Es ist durch eine natürliche Abneigung gegen das Betrachten heller Lichtquellen geschützt, die es normalerweise vor Verletzungen schützt, die durch die Einwirkung von Quellen wie Sonne, Bogenlampen und Schweißlichtbögen entstehen, da diese Abneigung die Einwirkungsdauer auf einen Bruchteil (etwa zwei bis drei Minuten) begrenzt. Zehntelsekunde). IRR-reiche Quellen ohne starken visuellen Stimulus können jedoch bei chronischer Exposition für die Augenlinse gefährlich sein. Man kann sich auch dazu zwingen, in die Sonne, einen Lichtbogen oder ein Schneefeld zu starren und dadurch einen vorübergehenden (und manchmal dauerhaften) Sehverlust erleiden. In einer industriellen Umgebung, in der helles Licht tief im Sichtfeld erscheint, sind die Schutzmechanismen des Auges weniger effektiv, und Gefahrenvorkehrungen sind besonders wichtig.

Es gibt mindestens fünf verschiedene Arten von Gefahren für Augen und Haut durch intensives Licht und IRR-Quellen, und Schutzmaßnahmen müssen mit dem Verständnis für jede gewählt werden. Zusätzlich zu den potenziellen Gefahren, die von ultravioletter Strahlung (UVR) einiger intensiver Lichtquellen ausgehen, sollte man die folgenden Gefahren berücksichtigen (Sliney und Wolbarsht 1980; WHO 1982):

1. Thermische Schädigung der Netzhaut, die bei Wellenlängen von 400 nm bis 1,400 nm auftreten kann. Normalerweise geht die Gefahr dieser Art von Verletzungen nur von Lasern, einer sehr intensiven Xenonbogenquelle oder einem nuklearen Feuerball aus. Durch die lokale Verbrennung der Netzhaut entsteht ein blinder Fleck (Skotom).
2. Photochemische Verletzung der Netzhaut durch blaues Licht (eine Gefahr, die hauptsächlich mit blauem Licht mit Wellenlängen von 400 nm bis 550 nm verbunden ist) (Ham 1989). Die Verletzung wird allgemein als „Blaulicht“-Photoretinitis bezeichnet; eine bestimmte Form dieser Verletzung wird nach ihrer Quelle benannt, solare Retinitis. Solare Retinitis wurde früher als „Sonnenfinsternisblindheit“ und damit verbundene „Netzhautverbrennung“ bezeichnet. Erst in den letzten Jahren wurde klar, dass die Photoretinitis aus einem photochemischen Schädigungsmechanismus resultiert, nachdem die Netzhaut kürzeren Wellenlängen im sichtbaren Spektrum ausgesetzt wurde, nämlich violettem und blauem Licht. Bis in die 1970er Jahre wurde angenommen, dass dies das Ergebnis eines thermischen Verletzungsmechanismus ist. Im Gegensatz zu blauem Licht ist IRA-Strahlung sehr unwirksam bei der Erzeugung von Netzhautverletzungen. (Ham 1989; Sliney und Wolbarsht 1980).
3. Thermische Gefahren im nahen Infrarotbereich für die Linse (in Verbindung mit Wellenlängen von etwa 800 nm bis 3,000 nm) mit Potenzial für industriellen Hitzekatarakt. Die durchschnittliche Hornhautbelastung durch Infrarotstrahlung im Sonnenlicht liegt in der Größenordnung von 10 W/m². Zum Vergleich: Glas- und Stahlarbeiter, die Infrarotstrahlung in der Größenordnung von 0.8 bis 4 kW/m ausgesetzt waren² täglich für 10 bis 15 Jahre haben Berichten zufolge Linsentrübungen entwickelt (Sliney und Wolbarsht 1980). Diese Spektralbänder umfassen IRA und IRB (siehe Abbildung 1). Die Richtlinie der American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) für die IRA-Exposition des vorderen Augenabschnitts ist eine zeitgewichtete Gesamtbestrahlungsstärke von 100 W/m² für Expositionsdauern über 1,000 s (16.7 min) (ACGIH 1992 und 1995).
4. Thermische Schädigung der Horn- und Bindehaut (bei Wellenlängen von ca. 1,400 nm bis 1 mm). Diese Art der Verletzung ist fast ausschließlich auf die Exposition gegenüber Laserstrahlung beschränkt.
5. Thermische Verletzung der Haut. Dies ist bei herkömmlichen Quellen selten, kann aber über das gesamte optische Spektrum auftreten.

Die Bedeutung von Wellenlänge und Belichtungszeit

Thermische Verletzungen (1) und (4) oben sind im Allgemeinen auf sehr kurze Expositionsdauern beschränkt, und Augenschutz ist darauf ausgelegt, diese akuten Verletzungen zu verhindern. Allerdings können bei niedrigen Dosisleistungen, verteilt über den gesamten Arbeitstag, photochemische Schädigungen, wie sie oben unter (2) genannt sind, auftreten. Das Produkt aus Dosisleistung und Expositionsdauer ergibt immer die Dosis (die Dosis bestimmt den Grad der photochemischen Gefährdung). Wie bei jedem photochemischen Verletzungsmechanismus muss man das Aktionsspektrum berücksichtigen, das die relative Wirksamkeit verschiedener Wellenlängen bei der Hervorrufung eines photobiologischen Effekts beschreibt. Zum Beispiel erreicht das Wirkungsspektrum für photochemische Netzhautverletzungen bei etwa 440 nm seinen Höhepunkt (Ham 1989). Die meisten photochemischen Effekte sind auf einen sehr engen Wellenlängenbereich beschränkt; wohingegen ein thermischer Effekt bei jeder Wellenlänge im Spektrum auftreten kann. Daher muss ein Augenschutz für diese spezifischen Wirkungen nur ein relativ schmales Spektralband blockieren, um wirksam zu sein. Normalerweise muss im Augenschutz für eine breitbandige Quelle mehr als ein Spektralband gefiltert werden.

Quellen optischer Strahlung

Sonnenlicht

Die größte berufliche Exposition gegenüber optischer Strahlung ergibt sich aus der Exposition von im Freien Beschäftigten gegenüber Sonnenstrahlen. Das Sonnenspektrum erstreckt sich von der stratosphärischen Ozonschichtgrenze von etwa 290–295 nm im ultravioletten Band bis mindestens 5,000 nm (5 μm) im infraroten Band. Die Sonneneinstrahlung kann bis zu 1 kW/m erreichen² während der Sommermonate. Je nach Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit kann es zu Hitzestress kommen.

Künstliche Quellen

Zu den bedeutendsten künstlichen Quellen der Exposition des Menschen gegenüber optischer Strahlung gehören:

1. Schweißen und Schneiden. Schweißer und ihre Mitarbeiter sind typischerweise nicht nur intensiver UV-Strahlung ausgesetzt, sondern auch intensiver sichtbarer und IR-Strahlung, die von dem Lichtbogen emittiert wird. In seltenen Fällen haben diese Quellen eine akute Verletzung der Netzhaut des Auges verursacht. Augenschutz ist für diese Umgebungen obligatorisch.
2. Metallindustrie und Gießereien. Die bedeutendste Quelle sichtbarer und infraroter Strahlung sind geschmolzene und heiße Metalloberflächen in der Stahl- und Aluminiumindustrie und in Gießereien. Die Arbeiterexposition liegt typischerweise im Bereich von 0.5 bis 1.2 kW/m².
3. Bogenlampen. Viele industrielle und kommerzielle Prozesse, wie z. B. solche mit photochemischen Härtungslampen, geben intensives, kurzwelliges sichtbares (blaues) Licht sowie UV- und IR-Strahlung ab. Während die Wahrscheinlichkeit einer schädlichen Exposition aufgrund der Abschirmung gering ist, kann es in einigen Fällen zu einer versehentlichen Exposition kommen.
4. Infrarotlampen. Diese Lampen emittieren überwiegend im IRA-Bereich und werden im Allgemeinen für Wärmebehandlung, Lacktrocknung und verwandte Anwendungen verwendet. Diese Lampen stellen keine signifikante Expositionsgefahr für Menschen dar, da das Unbehagen, das bei der Exposition entsteht, die Exposition auf ein sicheres Niveau begrenzt.
5. Medizinische Behandlung. Infrarotlampen werden in der physikalischen Medizin für vielfältige diagnostische und therapeutische Zwecke eingesetzt. Die Belastung des Patienten ist je nach Art der Behandlung sehr unterschiedlich, und IR-Lampen erfordern einen sorgfältigen Umgang mit den Mitarbeitern.
6. Allgemeine Beleuchtung. Leuchtstofflampen emittieren sehr wenig Infrarot und sind im Allgemeinen nicht hell genug, um eine potenzielle Gefahr für das Auge darzustellen. Wolfram- und Wolfram-Halogen-Glühlampen geben einen großen Teil ihrer Strahlungsenergie im Infraroten ab. Darüber hinaus kann das von Wolfram-Halogenlampen emittierte blaue Licht eine Gefahr für die Netzhaut darstellen, wenn eine Person auf den Glühfaden starrt. Glücklicherweise verhindert die Abneigung des Auges gegenüber hellem Licht auch auf kurze Distanz akute Verletzungen. Das Anbringen von Wärmefiltern aus Glas über diesen Lampen sollte diese Gefahr minimieren/eliminieren.
7. Optische Projektoren und andere Geräte. Intensive Lichtquellen werden in Suchscheinwerfern, Filmprojektoren und anderen Lichtstrahl-Kollimationsgeräten verwendet. Diese können bei direktem Strahl aus sehr geringen Entfernungen eine Gefahr für die Netzhaut darstellen.

Messung von Quelleigenschaften

Das wichtigste Merkmal jeder optischen Quelle ist ihre spektrale Leistungsverteilung. Diese wird mit einem Spektroradiometer gemessen, das aus einer geeigneten Eingangsoptik, einem Monochromator und einem Photodetektor besteht.

In vielen praktischen Situationen wird ein optisches Breitbandradiometer verwendet, um einen gegebenen Spektralbereich auszuwählen. Sowohl für die sichtbare Beleuchtung als auch für Sicherheitszwecke wird die Spektralempfindlichkeit des Instruments so zugeschnitten, dass sie einer biologischen Spektralempfindlichkeit folgt; Beispielsweise sind Luxmeter auf die photopische (visuelle) Reaktion des Auges ausgerichtet. Abgesehen von UVR-Gefahrenmessgeräten ist die Messung und Gefahrenanalyse von intensiven Lichtquellen und Infrarotquellen normalerweise zu komplex für Routine-Arbeitsschutzspezialisten. Bei der Standardisierung der Sicherheitskategorien von Lampen werden Fortschritte erzielt, so dass keine Messungen durch den Benutzer erforderlich sind, um potenzielle Gefahren zu ermitteln.

Expositionsgrenzwerte für den Menschen

Aus der Kenntnis der optischen Parameter des menschlichen Auges und der Strahldichte einer Lichtquelle lassen sich Bestrahlungsstärken (Dosisleistungen) an der Netzhaut berechnen. Die Bestrahlung der vorderen Strukturen des menschlichen Auges mit Infrarotstrahlung kann ebenfalls von Interesse sein, und es sollte ferner berücksichtigt werden, dass die relative Position der Lichtquelle und der Grad des Lidschlusses die richtige Berechnung einer Augenbelichtung stark beeinflussen können Dosis. Bei Aufnahmen mit ultraviolettem und kurzwelligem Licht ist auch die spektrale Verteilung der Lichtquelle wichtig.

Eine Reihe nationaler und internationaler Gruppen hat Arbeitsplatzgrenzwerte (ELs) für optische Strahlung empfohlen (ACGIH 1992 und 1994; Sliney 1992). Obwohl die meisten dieser Gruppen ELs für UV- und Laserstrahlung empfohlen haben, hat nur eine Gruppe ELs für sichtbare Strahlung (dh Licht) empfohlen, nämlich die ACGIH, eine auf dem Gebiet der Arbeitsmedizin bekannte Agentur. Der ACGIH bezeichnet seine ELs als Schwellenwerte oder TLVs, und da diese jährlich herausgegeben werden, besteht die Möglichkeit einer jährlichen Überarbeitung (ACGIH 1992 und 1995). Sie basieren zum großen Teil auf Daten zu Augenverletzungen aus Tierversuchen und auf Daten von Netzhautverletzungen beim Menschen, die durch Sonneneinstrahlung und Lichtbogenschweißen verursacht wurden. TLVs basieren außerdem auf der zugrunde liegenden Annahme, dass die Exposition gegenüber sichtbarer Strahlungsenergie im Freien normalerweise nicht gefährlich für das Auge ist, außer in sehr ungewöhnlichen Umgebungen wie Schneefeldern und Wüsten oder wenn man die Augen tatsächlich auf die Sonne richtet.

Bewertung der optischen Strahlungssicherheit

Da eine umfassende Gefährdungsbeurteilung komplexe Messungen der spektralen Bestrahlungsstärke und Strahldichte der Quelle und manchmal auch sehr spezialisierte Instrumente und Berechnungen erfordert, wird sie selten vor Ort von Industriehygienikern und Sicherheitsingenieuren durchgeführt. Stattdessen wird die einzusetzende Augenschutzausrüstung durch Sicherheitsvorschriften in gefährlichen Umgebungen vorgeschrieben. Forschungsstudien bewerteten eine breite Palette von Lichtbögen, Lasern und Wärmequellen, um umfassende Empfehlungen für praktische, einfacher anzuwendende Sicherheitsstandards zu entwickeln.

Schutzmaßnahmen

Die berufliche Exposition gegenüber sichtbarer und IR-Strahlung ist selten gefährlich und in der Regel von Vorteil. Einige Quellen geben jedoch eine beträchtliche Menge an sichtbarer Strahlung ab, und in diesem Fall wird die natürliche Abneigungsreaktion hervorgerufen, sodass die Wahrscheinlichkeit einer versehentlichen Überbelichtung der Augen gering ist. Andererseits ist eine unbeabsichtigte Exposition bei künstlichen Quellen, die nur Strahlung im nahen Infrarot emittieren, sehr wahrscheinlich. Zu den Maßnahmen, die ergriffen werden können, um die unnötige Exposition des Personals gegenüber IR-Strahlung zu minimieren, gehören die ordnungsgemäße Konstruktion des verwendeten optischen Systems, das Tragen geeigneter Schutzbrillen oder Gesichtsvisiere, die Beschränkung des Zugangs auf Personen, die direkt mit der Arbeit befasst sind, und die Sicherstellung, dass die Arbeitnehmer sich dessen bewusst sind die potenziellen Gefahren, die mit der Exposition gegenüber intensiven sichtbaren und IR-Strahlungsquellen verbunden sind. Wartungspersonal, das Bogenlampen auswechselt, muss angemessen geschult sein, um eine gefährliche Exposition auszuschließen. Es ist nicht hinnehmbar, dass Arbeiter Hautrötungen oder Photokeratitis erleiden. Wenn diese Bedingungen auftreten, sollten die Arbeitspraktiken überprüft und Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass eine übermäßige Exposition in Zukunft unwahrscheinlich wird. Schwangere Operateure sind im Hinblick auf die Unversehrtheit ihrer Schwangerschaft keinem besonderen Risiko durch optische Strahlung ausgesetzt.

Design und Standards für Augenschutz

Die Entwicklung von Schutzbrillen zum Schweißen und für andere Tätigkeiten, die Quellen industrieller optischer Strahlung darstellen (z. B. Gießereiarbeiten, Stahl- und Glasherstellung), begann zu Beginn dieses Jahrhunderts mit der Entwicklung von Crooke-Glas. Später entwickelte Augenschutzstandards folgten dem allgemeinen Prinzip, dass, da Infrarot- und Ultraviolettstrahlung zum Sehen nicht benötigt werden, diese Spektralbänder so gut wie möglich durch derzeit verfügbare Glasmaterialien blockiert werden sollten.

Die empirischen Standards für Augenschutzausrüstungen wurden in den 1970er Jahren getestet und zeigten, dass große Sicherheitsfaktoren für Infrarot- und Ultraviolettstrahlung enthalten waren, als die Transmissionsfaktoren mit aktuellen Arbeitsplatzgrenzwerten verglichen wurden, während die Schutzfaktoren für blaues Licht gerade ausreichend waren. Die Anforderungen einiger Standards wurden daher angepasst.

Schutz vor ultravioletter und infraroter Strahlung

Eine Reihe spezialisierter UV-Lampen werden in der Industrie zur Fluoreszenzdetektion und zur Photohärtung von Tinten, Kunststoffharzen, Dentalpolymeren usw. verwendet. Obwohl UVA-Quellen normalerweise ein geringes Risiko darstellen, können diese Quellen entweder Spuren von gefährlichem UVB enthalten oder ein Blendungsproblem darstellen (durch Fluoreszenz der Augenlinse). UV-Filterlinsen aus Glas oder Kunststoff mit sehr hohen Dämpfungsfaktoren sind weit verbreitet, um vor dem gesamten UV-Spektrum zu schützen. Ein leichter gelblicher Farbton kann erkennbar sein, wenn Schutz bis 400 nm gewährt wird. Bei dieser Art von Brillen (und bei industriellen Sonnenbrillen) ist es von größter Bedeutung, das periphere Sichtfeld zu schützen. Seitenschutz oder umlaufende Konstruktionen sind wichtig, um gegen die Fokussierung temporaler, schräger Strahlen in den nasalen äquatorialen Bereich der Linse zu schützen, wo häufig kortikaler Katarakt seinen Ursprung hat.

Nahezu alle Glas- und Kunststofflinsenmaterialien blockieren ultraviolette Strahlung unter 300 nm und Infrarotstrahlung bei Wellenlängen über 3,000 nm (3 μm), und bei einigen Lasern und optischen Quellen bieten gewöhnliche schlagfeste, durchsichtige Schutzbrillen guten Schutz (z. klare Polycarbonatgläser blockieren effektiv Wellenlängen von mehr als 3 μm). Es müssen jedoch Absorber wie Metalloxide in Glas oder organische Farbstoffe in Kunststoffen hinzugefügt werden, um UV bis etwa 380–400 nm und Infrarot über 780 nm bis 3 μm zu eliminieren. Je nach Material kann dies entweder einfach oder sehr schwierig oder teuer sein, und die Stabilität des Absorbers kann etwas variieren. Filter, die den ANSI Z87.1-Standard des American National Standards Institute erfüllen, müssen in jedem kritischen Spektralband die entsprechenden Dämpfungsfaktoren aufweisen.

Schutz in verschiedenen Branchen

Feuer bekämpfen

Feuerwehrleute können intensiver Nahinfrarotstrahlung ausgesetzt sein, und neben dem äußerst wichtigen Kopf- und Gesichtsschutz werden häufig IRR-Dämpfungsfilter vorgeschrieben. Auch hier ist der Aufprallschutz wichtig.

Brillen für die Gießerei- und Glasindustrie

Brillen und Schutzbrillen, die zum Schutz der Augen vor Infrarotstrahlung bestimmt sind, haben im Allgemeinen eine leicht grünliche Tönung, obwohl die Tönung dunkler sein kann, wenn ein gewisser Komfort gegen sichtbare Strahlung gewünscht wird. Solche Augenschützer sollten nicht mit den blauen Linsen verwechselt werden, die bei Stahl- und Gießereiarbeiten verwendet werden, wo das Ziel darin besteht, die Temperatur der Schmelze visuell zu überprüfen; Diese blaue Brille bietet keinen Schutz und sollte nur kurz getragen werden.

Schweiß-

Filtereigenschaften für Infrarot- und Ultraviolettstrahlung können Glasfiltern leicht durch Zusätze wie Eisenoxid verliehen werden, aber der Grad der streng sichtbaren Abschwächung bestimmt dies Farbnummer, was ein logarithmischer Ausdruck der Dämpfung ist. Normalerweise wird beim Gasschweißen (wozu eine Schutzbrille erforderlich ist) eine Schutzstufe von 3 bis 4 verwendet, beim Lichtbogenschweißen und Plasmalichtbogenschweißen eine Schutzstufe von 10 bis 14 (hier ist ein Helmschutz erforderlich). Als Faustregel gilt, dass, wenn der Schweißer den Lichtbogen bequem zu sehen findet, eine angemessene Dämpfung gegen Gefahren für die Augen bereitgestellt wird. Vorgesetzte, Schweißerhelfer und andere Personen im Arbeitsbereich können Filter mit einer relativ niedrigen Schattierungszahl (z. B. 3 bis 4) zum Schutz vor Photokeratitis („Lichtbogenauge“ oder „Schweißerblitz“) benötigen. In den letzten Jahren ist eine neue Art von Schweißerfilter, der selbstverdunkelnde Filter, auf der Bildfläche erschienen. Unabhängig von der Art des Filters sollte er die Standards ANSI Z87.1 und Z49.1 für feste Schweißfilter erfüllen, die für dunkle Tönung spezifiziert sind (Buhr und Sutter 1989; CIE 1987).

Selbstverdunkelnde Schweißfilter

Der selbstverdunkelnde Schweißfilter, dessen Schattierungszahl mit der Intensität der auf ihn auftreffenden optischen Strahlung zunimmt, stellt einen wichtigen Fortschritt für Schweißer dar, um effizienter und ergonomischer Schweißnähte mit gleichbleibend hoher Qualität herzustellen. Früher musste der Schweißer den Helm oder Filter jedes Mal absenken und anheben, wenn ein Lichtbogen gezündet und gelöscht wurde. Der Schweißer musste kurz vor dem Zünden des Lichtbogens „blind“ arbeiten. Darüber hinaus wird der Helm üblicherweise mit einem scharfen Einrasten des Halses und des Kopfes abgesenkt und angehoben, was zu Nackenverspannungen oder ernsthafteren Verletzungen führen kann. Angesichts dieses unbequemen und umständlichen Verfahrens zünden einige Schweißer den Lichtbogen häufig mit einem herkömmlichen Helm in angehobener Position, was zu Photokeratitis führt. Unter normalen Umgebungslichtbedingungen kann ein Schweißer, der einen Helm mit automatischem Verdunklungsfilter trägt, mit aufgesetztem Augenschutz gut genug sehen, um Aufgaben wie das Ausrichten der zu schweißenden Teile, das präzise Positionieren der Schweißausrüstung und das Zünden des Lichtbogens auszuführen. Bei den typischsten Helmdesigns erkennen Lichtsensoren den Lichtbogen praktisch sofort, wenn er auftritt, und weisen eine elektronische Antriebseinheit an, einen Flüssigkristallfilter von einem hellen Farbton auf einen vorgewählten dunklen Farbton umzuschalten, wodurch die Notwendigkeit für das Umständliche und Gefährliche entfällt Manöver, die mit Fixed-Shade-Filtern geübt werden.

Häufig wird die Frage gestellt, ob sich bei selbstverdunkelnden Filtern versteckte Sicherheitsprobleme ergeben können. Können beispielsweise am Arbeitsplatz erlebte Nachbilder („Blitzblindheit“) zu einer dauerhaften Beeinträchtigung des Sehvermögens führen? Bieten die neuen Filtertypen wirklich einen gleichwertigen oder besseren Schutz als herkömmliche Festfilter? Obwohl man die zweite Frage bejahen kann, muss klar sein, dass nicht alle automatischen Verdunklungsfilter gleichwertig sind. Filterreaktionsgeschwindigkeiten, die Werte der hellen und dunklen Farbtöne, die bei einer bestimmten Beleuchtungsstärke erreicht werden, und das Gewicht jeder Einheit können von einem Gerätemuster zum anderen variieren. Die Temperaturabhängigkeit der Geräteleistung, die Schwankung des Verschattungsgrades bei elektrischer Batteriedegradation, die „Ruhezustandsverschattung“ und andere technische Faktoren variieren je nach Herstellerdesign. Diese Überlegungen werden in neuen Standards berücksichtigt.

Da alle Systeme eine angemessene Filterdämpfung bieten, ist die wichtigste Eigenschaft, die von den Herstellern automatisch verdunkelnder Filter angegeben wird, die Geschwindigkeit der Filterumschaltung. Aktuelle automatische Verdunklungsfilter variieren in der Schaltgeschwindigkeit von einer Zehntelsekunde bis zu schneller als 1/10,000stel Sekunde. Buhr und Sutter (1989) haben ein Mittel angegeben, um die maximale Umschaltzeit anzugeben, aber ihre Formulierung variiert relativ zum zeitlichen Verlauf des Umschaltens. Die Schaltgeschwindigkeit ist entscheidend, da sie den besten Hinweis auf das äußerst wichtige (aber nicht spezifizierte) Maß dafür gibt, wie viel Licht in das Auge eintritt, wenn der Lichtbogen gezündet wird, im Vergleich zu dem Licht, das von einem festen Filter mit derselben Arbeitsschattierungsnummer eingelassen wird . Wenn zu viel Licht bei jedem Wechsel während des Tages in das Auge gelangt, erzeugt die akkumulierte Lichtenergiedosis eine „vorübergehende Anpassung“ und Beschwerden über „Augenbelastung“ und andere Probleme. (Transiente Anpassung ist das visuelle Erlebnis, das durch plötzliche Änderungen der Lichtumgebung verursacht wird und durch Unbehagen, Blendungsgefühl und vorübergehenden Verlust des Detailsehens gekennzeichnet sein kann.) Aktuelle Produkte mit Schaltgeschwindigkeiten in der Größenordnung von zehn Millisekunden bietet einen besseren Schutz vor Photoretinitis. Die kürzeste Schaltzeit – in der Größenordnung von 0.1 ms – hat jedoch den Vorteil, transiente Anpassungseffekte zu reduzieren (Eriksen 1985; Sliney 1992).

Dem Schweißer stehen neben umfangreichen Laborprüfungen einfache Kontrollprüfungen zur Verfügung. Man könnte dem Schweißer vorschlagen, dass er oder sie sich einfach eine Seite mit detailliertem Druck durch eine Reihe von automatisch verdunkelnden Filtern ansieht. Dies gibt einen Hinweis auf die optische Qualität jedes Filters. Als nächstes kann der Schweißer aufgefordert werden, zu versuchen, einen Lichtbogen zu zünden, während er ihn durch jeden Filter beobachtet, der zum Kauf in Betracht gezogen wird. Glücklicherweise kann man sich darauf verlassen, dass ein für Sehzwecke angenehmes Licht nicht gefährlich ist. Die Wirksamkeit der UV- und IR-Filterung sollte im Datenblatt des Herstellers überprüft werden, um sicherzustellen, dass unnötige Banden herausgefiltert werden. Ein paar wiederholte Zündungen des Lichtbogens sollten dem Schweißer ein Gefühl dafür geben, ob durch die vorübergehende Anpassung Unbehagen empfunden wird, obwohl ein eintägiger Versuch am besten wäre.

Die Schattierungszahl eines selbstverdunkelnden Filters im Ruhe- oder Ausfallzustand (ein Ausfallzustand tritt auf, wenn die Batterie ausfällt) sollte einen 100%igen Schutz für die Augen des Schweißers für mindestens eine bis mehrere Sekunden bieten. Einige Hersteller verwenden einen dunklen Zustand als „Aus“-Position und andere verwenden eine Zwischenschattierung zwischen den dunklen und den hellen Schattierungszuständen. In jedem Fall sollte die Durchlässigkeit des Filters im Ruhezustand deutlich niedriger sein als die Durchlässigkeit im hellen Schatten, um eine Netzhautgefährdung auszuschließen. In jedem Fall sollte das Gerät dem Benutzer eine klare und deutliche Anzeige darüber geben, wann der Filter abgeschaltet ist oder wenn ein Systemausfall auftritt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Schweißer im Voraus gewarnt wird, falls der Filter nicht eingeschaltet ist oder nicht ordnungsgemäß funktioniert, bevor mit dem Schweißen begonnen wird. Andere Merkmale, wie Akkulaufzeit oder Leistung unter extremen Temperaturbedingungen, können für bestimmte Benutzer von Bedeutung sein.

Schlussfolgerungen

Obwohl die technischen Spezifikationen für Geräte, die das Auge vor optischen Strahlungsquellen schützen, etwas komplex erscheinen können, gibt es Sicherheitsnormen, die Schattierungsnummern spezifizieren, und diese Normen bieten einen konservativen Sicherheitsfaktor für den Träger.

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Ein Laser ist ein Gerät, das kohärente elektromagnetische Strahlungsenergie innerhalb des optischen Spektrums vom extremen Ultraviolett bis zum fernen Infrarot (Submillimeter) erzeugt. Der Begriff laser ist eigentlich ein Akronym für Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission. Obwohl das Laserverfahren 1916 von Albert Einstein theoretisch vorhergesagt wurde, wurde der erste erfolgreiche Laser erst 1960 demonstriert. In den letzten Jahren haben Laser ihren Weg aus dem Forschungslabor in die Industrie, Medizin und Büroumgebung sowie auf Baustellen und sogar gefunden Haushalte. Bei vielen Anwendungen, wie Videodisk-Playern und optischen Faserkommunikationssystemen, ist die Strahlungsenergie des Lasers eingeschlossen, der Benutzer ist keinem Gesundheitsrisiko ausgesetzt, und das Vorhandensein eines in das Produkt eingebetteten Lasers ist für den Benutzer möglicherweise nicht offensichtlich. Bei einigen medizinischen, industriellen oder Forschungsanwendungen ist die emittierte Strahlungsenergie des Lasers jedoch zugänglich und kann eine potenzielle Gefahr für Augen und Haut darstellen.

Da der Laserprozess (manchmal als „Lasern“ bezeichnet) einen stark kollimierten Strahl optischer Strahlung (d. h. ultraviolette, sichtbare oder infrarote Strahlungsenergie) erzeugen kann, kann ein Laser aus großer Entfernung eine Gefahr darstellen – ganz anders als die meisten Gefahren, denen man begegnet am Arbeitsplatz. Vielleicht ist es vor allem diese Eigenschaft, die zu besonderen Bedenken von Arbeitnehmern und Arbeitsschutzexperten geführt hat. Dennoch können Laser sicher verwendet werden, wenn geeignete Gefahrenkontrollen angewendet werden. Normen für den sicheren Umgang mit Lasern existieren weltweit, die meisten sind untereinander „harmonisiert“ (ANSI 1993; IEC 1993). Alle Normen verwenden ein Gefahrenklassifizierungssystem, das Laserprodukte entsprechend der Ausgangsleistung oder -energie des Lasers und seiner Fähigkeit, Schäden zu verursachen, in eine von vier breiten Gefahrenklassen einteilt. Entsprechend der Gefahreneinstufung werden dann Sicherheitsmaßnahmen angewandt (Cleuet und Mayer 1980; Duchene, Lakey und Repacholi 1991).

Laser arbeiten mit diskreten Wellenlängen, und obwohl die meisten Laser monochromatisch sind (sie emittieren eine Wellenlänge oder eine einzelne Farbe), ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Laser mehrere diskrete Wellenlängen emittiert. Beispielsweise emittiert der Argonlaser mehrere verschiedene Linien innerhalb des nahen Ultraviolett- und sichtbaren Spektrums, ist jedoch im Allgemeinen so ausgelegt, dass er nur eine grüne Linie (Wellenlänge) bei 514.5 nm und/oder eine blaue Linie bei 488 nm emittiert. Bei der Betrachtung potenzieller Gesundheitsgefahren ist es immer entscheidend, die Ausgangswellenlänge(n) festzulegen.

Alle Laser haben drei grundlegende Bausteine:

1. ein aktives Medium (fest, flüssig oder gasförmig), das die möglichen Emissionswellenlängen definiert
2. eine Energiequelle (z. B. elektrischer Strom, Pumplampe oder chemische Reaktion)
3. ein Resonanzhohlraum mit Ausgangskoppler (in der Regel zwei Spiegel).

Die meisten praktischen Lasersysteme außerhalb des Forschungslabors haben auch ein Strahlführungssystem, wie z. B. eine optische Faser oder einen Gelenkarm mit Spiegeln, um den Strahl auf eine Arbeitsstation zu lenken, und Fokussierlinsen, um den Strahl auf ein zu schweißendes Material zu konzentrieren usw In einem Laser werden identische Atome oder Moleküle durch Energie, die von der Pumplampe geliefert wird, in einen angeregten Zustand gebracht. Wenn sich die Atome oder Moleküle in einem angeregten Zustand befinden, kann ein Photon („Partikel“ von Lichtenergie) ein angeregtes Atom oder Molekül dazu anregen, ein zweites Photon mit derselben Energie (Wellenlänge) zu emittieren, das sich in Phase (kohärent) und in derselben bewegt Richtung wie das anregende Photon. Somit hat eine Lichtverstärkung um einen Faktor zwei stattgefunden. Derselbe Vorgang, der in einer Kaskade wiederholt wird, bewirkt, dass ein Lichtstrahl entsteht, der zwischen den Spiegeln des Resonanzhohlraums hin und her reflektiert wird. Da einer der Spiegel teilweise transparent ist, verlässt etwas Lichtenergie den Resonanzhohlraum und bildet den emittierten Laserstrahl. Obwohl in der Praxis die beiden parallelen Spiegel oft gekrümmt sind, um einen stabileren Resonanzzustand zu erzeugen, gilt das Grundprinzip für alle Laser.

Obwohl mehrere tausend verschiedene Laserlinien (dh diskrete Laserwellenlängen, die für verschiedene aktive Medien charakteristisch sind) im Physiklabor demonstriert wurden, wurden nur etwa 20 kommerziell bis zu dem Punkt entwickelt, an dem sie routinemäßig in der Alltagstechnologie angewendet werden. Es wurden Lasersicherheitsrichtlinien und -normen entwickelt und veröffentlicht, die grundsätzlich alle Wellenlängen des optischen Spektrums abdecken, um derzeit bekannte Laserlinien und zukünftige Laser zu berücksichtigen.

Lasergefahrenklassifizierung

Aktuelle Lasersicherheitsnormen auf der ganzen Welt folgen der Praxis, alle Laserprodukte in Gefahrenklassen zu kategorisieren. Im Allgemeinen folgt das Schema einer Gruppierung von vier breiten Gefahrenklassen, 1 bis 4. Laser der Klasse 1 können keine potenziell gefährliche Laserstrahlung abgeben und stellen kein Gesundheitsrisiko dar. Die Klassen 2 bis 4 stellen eine zunehmende Gefahr für Augen und Haut dar. Das Klassifizierungssystem ist sinnvoll, da für jede Laserklasse Sicherheitsmaßnahmen vorgeschrieben sind. Für die höchsten Klassen sind strengere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.

Klasse 1 gilt als „augensichere“, risikofreie Gruppierung. Die meisten vollständig geschlossenen Laser (z. B. Laser-CD-Recorder) gehören zur Klasse 1. Für einen Laser der Klasse 1 sind keine Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.

Klasse 2 bezieht sich auf sichtbare Laser, die eine sehr geringe Leistung emittieren, die nicht gefährlich wäre, selbst wenn die gesamte Strahlleistung in das menschliche Auge eindringt und auf die Netzhaut fokussiert würde. Die natürliche Abneigungsreaktion des Auges auf das Betrachten sehr heller Lichtquellen schützt das Auge vor Netzhautverletzungen, wenn die in das Auge eintretende Energie nicht ausreicht, um die Netzhaut innerhalb der Abneigungsreaktion zu schädigen. Die Abneigungsreaktion besteht aus dem Blinzelreflex (ca. 0.16–0.18 Sekunden) und einer Drehung des Auges und einer Bewegung des Kopfes, wenn er solch hellem Licht ausgesetzt wird. Aktuelle Sicherheitsstandards definieren die Aversionsreaktion konservativ als 0.25 Sekunden dauernd. Somit haben Laser der Klasse 2 eine Ausgangsleistung von 1 Milliwatt (mW) oder weniger, was der zulässigen Expositionsgrenze für 0.25 Sekunden entspricht. Beispiele für Laser der Klasse 2 sind Laserpointer und einige Ausrichtungslaser.

Einige Sicherheitsstandards beinhalten auch eine Unterkategorie der Klasse 2, die als „Klasse 2A“ bezeichnet wird. Laser der Klasse 2A sind bis zu 1,000 s (16.7 min) ungefährlich, wenn man hineinblickt. Die meisten Laserscanner, die in Verkaufsstellen (Supermarktkassen) und Inventarscannern verwendet werden, sind Klasse 2A.

Laser der Klasse 3 stellen eine Gefahr für das Auge dar, da die Abneigungsreaktion nicht schnell genug ist, um die Exposition der Netzhaut auf ein vorübergehend sicheres Niveau zu begrenzen, und auch andere Strukturen des Auges (z. B. Hornhaut und Linse) geschädigt werden könnten. Hautgefahren bestehen normalerweise nicht bei zufälliger Exposition. Beispiele für Laser der Klasse 3 sind viele Forschungslaser und militärische Laser-Entfernungsmesser.

Eine spezielle Unterkategorie der Klasse 3 wird als „Klasse 3A“ bezeichnet (wobei die verbleibenden Laser der Klasse 3 als „Klasse 3B“ bezeichnet werden). Laser der Klasse 3A sind solche mit einer Ausgangsleistung zwischen dem Ein- und Fünffachen der Grenzwerte für zugängliche Emissionen (AEL) für die Klasse 1 oder Klasse 2, aber mit einer Ausgangsbestrahlungsstärke, die den relevanten Arbeitsplatzgrenzwert für die niedrigere Klasse nicht überschreitet. Beispiele sind viele Laserausrichtungs- und Vermessungsinstrumente.

Laser der Klasse 4 können eine potenzielle Brandgefahr, eine erhebliche Gefahr für die Haut oder eine Gefahr durch diffuse Reflexion darstellen. Praktisch alle chirurgischen Laser und Materialbearbeitungslaser, die zum Schweißen und Schneiden verwendet werden, sind Klasse 4, wenn sie nicht eingeschlossen sind. Alle Laser mit einer durchschnittlichen Ausgangsleistung von mehr als 0.5 W gehören zur Klasse 4. Wenn eine höhere Leistung der Klasse 3 oder Klasse 4 vollständig umschlossen ist, sodass gefährliche Strahlungsenergie nicht zugänglich ist, könnte das gesamte Lasersystem Klasse 1 sein Gehäuse wird als ein bezeichnet eingebetteter Laser.

Arbeitsplatzgrenzwerte

Die Internationale Kommission zum Schutz vor nichtionisierender Strahlung (ICNIRP 1995) hat Richtlinien für Grenzwerte für die menschliche Exposition gegenüber Laserstrahlung veröffentlicht, die regelmäßig aktualisiert werden. Repräsentative Expositionsgrenzwerte (ELs) sind in Tabelle 1 für mehrere typische Laser aufgeführt. Nahezu alle Laserstrahlen überschreiten die zulässigen Belastungsgrenzen. Daher werden die Expositionsgrenzwerte in der Praxis nicht routinemäßig zur Festlegung von Sicherheitsmaßnahmen verwendet. Stattdessen wird das Laserklassifizierungsschema – das auf den unter realistischen Bedingungen angewendeten ELs basiert – wirklich zu diesem Zweck angewendet.

Tabelle 1. Expositionsgrenzwerte für typische Laser

Alle Standards/Richtlinien haben MPEs bei anderen Wellenlängen und Expositionsdauern.

Hinweis: Zur Umrechnung von MPE in mW/cm² zu mJ/cm², multiplizieren mit der Belichtungszeit t in Sekunden. Beispielsweise beträgt der He-Ne- oder Argon-MPE bei 0.1 s 0.32 mJ/cm².

Quelle: ANSI-Standard Z-136.1 (1993); ACGIH TLVs (1995) und Duchene, Lakey und Repacholi (1991).

Lasersicherheitsnormen

Viele Nationen haben Lasersicherheitsnormen veröffentlicht, und die meisten sind mit der internationalen Norm der International Electrotechnical Commission (IEC) harmonisiert. Für Hersteller gilt die IEC-Norm 825-1 (1993); Es enthält jedoch auch einige eingeschränkte Sicherheitshinweise für Benutzer. Die oben beschriebene Lasergefahrenklassifizierung muss auf allen kommerziellen Laserprodukten angegeben werden. Auf allen Produkten der Klassen 2 bis 4 sollte ein der Klasse entsprechender Warnhinweis angebracht sein.

Sicherheitsmaßnahmen

Das Lasersicherheits-Klassifizierungssystem erleichtert die Bestimmung geeigneter Sicherheitsmaßnahmen erheblich. Lasersicherheitsnormen und Verhaltenskodizes erfordern routinemäßig den Einsatz immer restriktiverer Kontrollmaßnahmen für jede höhere Klassifizierung.

In der Praxis ist es immer wünschenswerter, den Laser und den Strahlengang vollständig einzuschließen, damit keine möglicherweise gefährliche Laserstrahlung zugänglich ist. Mit anderen Worten, wenn am Arbeitsplatz nur Laserprodukte der Klasse 1 eingesetzt werden, ist eine sichere Verwendung gewährleistet. In vielen Situationen ist dies jedoch einfach nicht praktikabel, und eine Schulung der Arbeiter in sicherer Verwendung und Maßnahmen zur Gefahrenabwehr ist erforderlich.

Abgesehen von der offensichtlichen Regel, einen Laser nicht auf die Augen einer Person zu richten, sind für ein Laserprodukt der Klasse 2 keine Kontrollmaßnahmen erforderlich. Für Laser höherer Klassen sind eindeutig Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.

Wenn eine vollständige Einhausung eines Lasers der Klasse 3 oder 4 nicht machbar ist, kann die Verwendung von Strahleinhausungen (z. B. Röhren), Leitblechen und optischen Abdeckungen das Risiko einer gefährlichen Augenexposition in den meisten Fällen praktisch eliminieren.

Wenn Einhausungen für Laser der Klassen 3 und 4 nicht machbar sind, sollte ein laserkontrollierter Bereich mit kontrolliertem Zugang eingerichtet werden, und die Verwendung von Laser-Augenschutz ist im Allgemeinen innerhalb der nominellen Gefahrenzone (NHZ) des Laserstrahls vorgeschrieben. Obwohl in den meisten Forschungslabors, in denen kollimierte Laserstrahlen verwendet werden, die NHZ den gesamten kontrollierten Laborbereich umfasst, kann die NHZ für Anwendungen mit fokussiertem Strahl überraschend begrenzt sein und nicht den gesamten Raum umfassen.

Um sich vor Missbrauch und möglichen gefährlichen Handlungen seitens unbefugter Laserbenutzer zu schützen, sollte die Schlüsselkontrolle verwendet werden, die auf allen kommerziell hergestellten Laserprodukten zu finden ist.

Der Schlüssel sollte gesichert werden, wenn der Laser nicht verwendet wird, wenn Personen Zugang zum Laser erhalten können.

Während der Laserausrichtung und der Ersteinrichtung sind besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, da die Gefahr schwerer Augenverletzungen dann sehr groß ist. Laserpersonal muss vor der Einrichtung und Ausrichtung des Lasers in sicheren Praktiken geschult werden.

Laserschutzbrillen wurden entwickelt, nachdem Grenzwerte für die Exposition am Arbeitsplatz festgelegt und Spezifikationen erstellt worden waren, um die optischen Dichten (oder ODs, ein logarithmisches Maß des Schwächungsfaktors) bereitzustellen, die als Funktion von Wellenlänge und Expositionsdauer für bestimmte erforderlich wären Laser. Obwohl es in Europa spezielle Normen für den Augenlaserschutz gibt, werden in den Vereinigten Staaten weitere Richtlinien vom American National Standards Institute unter den Bezeichnungen ANSI Z136.1 und ANSI Z136.3 bereitgestellt.

Schulung

Bei der Untersuchung von Laserunfällen sowohl im Labor als auch in der Industrie taucht ein gemeinsames Element auf: Mangel an angemessener Ausbildung. Das Lasersicherheitstraining sollte sowohl angemessen als auch ausreichend für die Laseroperationen sein, mit denen jeder Mitarbeiter arbeiten wird. Die Schulung sollte spezifisch für den Lasertyp und die Aufgabe sein, der der Arbeiter zugewiesen ist.

Medizinische Überwachung

Die Anforderungen an die medizinische Überwachung von Laserarbeitern sind von Land zu Land gemäß den örtlichen arbeitsmedizinischen Vorschriften unterschiedlich. Zu einer Zeit, als Laser auf das Forschungslabor beschränkt waren und wenig über ihre biologischen Wirkungen bekannt war, war es ganz typisch, dass jeder Laserarbeiter regelmäßig einer gründlichen allgemeinen ophthalmologischen Untersuchung mit Fundus- (Netzhaut-) Fotografie unterzogen wurde, um den Zustand des Auges zu überwachen . Anfang der 1970er Jahre wurde diese Praxis jedoch in Frage gestellt, da die klinischen Befunde fast immer negativ waren und klar wurde, dass solche Untersuchungen nur akute Verletzungen identifizieren konnten, die subjektiv feststellbar waren. Dies veranlasste die WHO-Arbeitsgruppe zu Lasern, die 1975 in Don Leaghreigh, Irland, zusammentrat, von solchen komplizierten Überwachungsprogrammen abzuraten und das Testen der Sehfunktion zu betonen. Seitdem haben die meisten nationalen arbeitsmedizinischen Gruppen die Anforderungen an die ärztliche Untersuchung kontinuierlich reduziert. Heutzutage sind vollständige augenärztliche Untersuchungen allgemein nur im Falle einer Augenlaserverletzung oder des Verdachts einer Überexposition erforderlich, und ein visuelles Screening vor der Platzierung ist im Allgemeinen erforderlich. In einigen Ländern können zusätzliche Prüfungen erforderlich sein.

Lasermessungen

Im Gegensatz zu einigen Gefahren am Arbeitsplatz besteht im Allgemeinen keine Notwendigkeit, Messungen zur Arbeitsplatzüberwachung gefährlicher Laserstrahlung durchzuführen. Aufgrund der stark begrenzten Strahlabmessungen der meisten Laserstrahlen, der Wahrscheinlichkeit, dass sich die Strahlengänge ändern, und der Schwierigkeit und Kosten von Laserradiometern betonen aktuelle Sicherheitsstandards Kontrollmaßnahmen basierend auf der Gefahrenklasse und nicht auf Messungen am Arbeitsplatz (Überwachung). Messungen müssen vom Hersteller durchgeführt werden, um die Einhaltung der Lasersicherheitsnormen und die richtige Gefahrenklassifizierung sicherzustellen. Tatsächlich bezog sich eine der ursprünglichen Begründungen für die Gefahrenklassifizierung durch Laser auf die große Schwierigkeit, geeignete Messungen zur Gefahrenbewertung durchzuführen.

Schlussfolgerungen

Obwohl der Laser am Arbeitsplatz relativ neu ist, wird er schnell allgegenwärtig, ebenso wie Programme zur Lasersicherheit. Der Schlüssel zum sicheren Umgang mit Lasern liegt zunächst darin, die Laserstrahlungsenergie nach Möglichkeit einzuschließen, aber wenn dies nicht möglich ist, angemessene Kontrollmaßnahmen einzurichten und alle mit Lasern arbeitenden Personen zu schulen.

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