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RFA – Metall-/Elementbestimmung in Spielzeug

Das IfB Lüneburg arbeitet mit der Röntgen-Fluoreszenz-Analyse, um Spielwaren auf ihre Unbedenklichkeit zu überprüfen


Verschiedene Spielzeuge (Eisenbahn, Flöte, Stifte, Holzklötze, Flugzeug) vor rosa Hintergrund   Bildrechte: lithiumphoto - stock.adobe.com

RFA. Hinter diesen drei Buchstaben verbirgt sich die Technik der Röntgen-Fluoreszenz-Analyse. Es handelt sich dabei um eine Analysenmethode, die es erlaubt, die elementare Zusammensetzung einer Spielzeugprobe oder eines Materials zu bestimmen. Die Vorteile der Methode bestehen darin, dass innerhalb kürzester Zeit, meist unter einer Minute Messzeit, eine vollständige Analyse erhalten werden kann und die Probe anschließend immer noch unversehrt vorliegt. Zudem leisten die Ergebnisse einen enormen Beitrag, um die weiteren Untersuchungen sinnvoll und ressourcenschonend zu planen.

Die Röntgen-Fluoreszenz-Analyse-beruht auf dem Prinzip, dass eine energiereiche Strahlung auf ein Atom der Untersuchungsprobe trifft und aus der Hülle Elektronen herausschlägt. Atome bestehen aus einem Kern, der neutrale und positive Teilchen enthält. In der Hülle befinden sich negative Elektronen, die sich dort bewegen. Werden einzelne Elektronen herausgeschlagen, werden diese „leeren“ bzw. unbesetzten Stellen mit Elektronen aus der Hülle wieder aufgefüllt. Dabei wird eine bestimmte Menge Energie frei, die von dem Atom ausgesendet wird und sich mit einem Detektor messen lässt. Diese Energie ist für jedes Element einzigartig und es lassen sich mit dem RFA-Messprinzip die meisten Elemente erfassen.


Bunte Spielzeugautos aus Metall Bildrechte: unclesam - Fotolia.com

Ein wichtiger Einsatzschwerpunkt der Technik ist die große Welt der Spielwaren. Hier kommen die verschiedensten Materialien in den verschiedensten Formen zum Einsatz. Metallbaukästen, tausende Farben bei Kunststoffen, die in Autos, Figuren oder Bällen eingesetzt werden, bunt lackierte Oberflächen bei Stiften oder Holzspielzeugen und bunte Kreide, Findermalfarben und Schleimis.

So kann zum Beispiel Brom auf Flammschutzmittel hinweisen, für die es strenge Grenzwerte gibt. Das Element Bor kann in Wabbelmassen oder Knete als Teil von Borsäure als Konservierungsmittel eingesetzt werden. Für die verschiedenen Spielzeugmaterialien gelten unterschiedliche Grenzwerte, die mittels RFA in einem schnellen Screening überprüft werden können. Kommt es zu einem Ergebnis in der Nähe eines Grenzwertes, wird genauer hingeschaut und die Analytik vertieft. Es können viele weitere Elemente wie Blei, Cadmium, Arsen erfasst werden, die aufgrund ihrer Giftigkeit nur in extrem kleinen Mengen verkommen sollten. Aber auch Mengenelemente wie Eisen oder Chrom in Metallbaukästen lassen sich problemlos schnell bestimmen. Die Untersuchungsergebnisse der RFA-Messung lassen wichtige Schlüsse darauf zu, wie mit der Probe weiter verfahren werden kann und auf welche Untersuchung im weiteren Verlauf besonders viel Wert gelegt werden sollte.

Bei der Vielseitigkeit von Spielwaren und gleichzeitig einer großen und komplexen Rechtslage zu vielen verschiedenen Stoffen und Elementen, ist die RFA-Analyse ein sehr hilfreiches Verfahren, welches im Institut für Bedarfsgegenstände im Jahr tausendfach zum Einsatz kommt, um den Schutz der Kinder zu gewährleisten.


Am Beispiel eines Lebensmittelkontaktmaterials, hier ein Schneebesen, soll einmal eine Messung mit Ergebnis veranschaulicht werden. Das Messprinzip eignet sich neben den Spielwaren aus Kunststoff auch sehr gut für Gegenstände aus Metall, wobei natürlich auch Spielwaren Teile aus Metall enthalten können. Im Beispiel ist auf dem Produkt eine wertgebende Angabe zum Material zu sehen: „Edelstahl – rostfrei“. Als Edelstahl rostfrei wird ein Werkstoff aus Metall verstanden, der neben Eisen als Hauptkomponente noch Chrom und Nickel in vorgegebenen Anteilen enthält. Es handelt sich um einen hochwertigen Werkstoff, der aufgrund seiner guten Eigenschaften insbesondere im Bereich von Lebensmittelkontaktmaterialien häufig Verwendung findet. Die Vorgaben besagen, dass der Anteil an Chrom 18 % und der von Nickel 10 % betragen muss, damit die Bezeichnung verwendet werden darf.


Messstation mit strahlungssicherer Kammer und darunter angebrachter Hand RFA und Auswertcomputer   Bildrechte: LAVES
Messstation mit strahlungssicherer Kammer und darunter angebrachter Hand RFA und Auswertcomputer
Probe eines Schneebesens in der Messkammer über dem Messpunkt mit einem roten Kreis gekennzeichnet   Bildrechte: LAVES
Probe eines Schneebesens in der Messkammer über dem Messpunkt mit einem roten Kreis gekennzeichnet
Etikett der Probe mit Auslobung des Materials „Edelstahl-rostfrei“   Bildrechte: LAVES
Etikett der Probe mit Auslobung des Materials „Edelstahl-rostfrei“
Das Gerät zeigt einen Gehalt von 8,6 % Nickel, 18,14 % Chrom sowie 71,36 % Eisen. Mit zu berücksichtigenden Schwankungen entspricht das Ergebnis den Vorgaben eines „rostfreien Edelstahls“.   Bildrechte: LAVES
Das Gerät zeigt einen Gehalt von 8,6 % Nickel, 18,14 % Chrom sowie 71,36 % Eisen. Mit zu berücksichtigenden Schwankungen entspricht das Ergebnis den Vorgaben eines „rostfreien Edelstahls“.
Spielzeug Bildrechte: © BillionPhotos.com - Fotolia.com

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