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Titelthema – Mörderische Forschung: Drama im Labor

Wie Chemiker Leib und Leben riskieren. Auch zwischen Bunsenbrenner, Erlenmeyer-Kolben und Destillierapparatur menschelt es: Ehrgeiz, Leichtsinn, Unerfahrenheit fordern gelegentlich in der chemischen Forschung Tribut. Und manch einer hat einfach Pech.

Sie war erst 48, und sie hinterließ Ehemann und zwei Kinder. Karen E. Wetterhahn, Chemie-Professorin am Dartmouth College in Hanover, New Hampshire, erlag am 8. Juni 1997 einer Quecksilber-Vergiftung. Die weltbekannte Spezialistin für die Giftwirkung von Schwermetallen fiel genau ihrem Forschungsthema zum Opfer.

Zehn Monate zuvor war ihr ein Mißgeschick unterlaufen. Karen Wetterhahn verschüttete einen oder allenfalls wenige Tropfen Dimethylquecksilber (H3C-Hg-CH3) – eine farblose, süßlich riechende Flüssigkeit – auf ihre Hand. Das mußte kein Grund zur Sorge sein, denn die erfahrene Chemikerin trug Gummihandschuhe.

Fünf Monate, nachdem – so die nachträgliche Rekonstruktion – die winzige Menge von 0,3 bis 1,6 Gramm Dimethylquecksilber auf ihre behandschuhte Hand getropft war, begannen Sprach- und Bewegungsstörungen, Hör- und Sehausfälle die Forscherin zu quälen. Die Schwermetall-Expertin ahnte: Schädigung des Zentralnervensystems durch Quecksilber. Ein Entgiftungsversuch kam zu spät. Karen Wetterhahn fiel ins Koma, aus dem sie der Tod erlöste.

In chemischen Fachblättern und über das World Wide Web im Internet verbreitete sich in den Folgemonaten die Unglücksnachricht – und, analog zum Motto der Anatomie „Die Lebenden sollen von den Toten lernen“, der Lerneffekt daraus.

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Gummihandschuhe aus Latex bieten vor Säuren und Laugen Schutz. Doch sie lassen manche organischen Chemikalien passieren – beispielsweise Benzol. Durch den Fall Wetterhahn hat die Zunft der Chemiker lernen müssen: Auch Dimethylquecksilber durchdringt Latex und wird von der Haut rasch aufgenommen. Wer damit arbeitet, sollte Handschuhe aus synthetischem Nitril-Kautschuk tragen, wird jetzt empfohlen.

Vergiftung im Labor: Ist das ein typisches Risiko für alle, die an Universitäten, in Behörden und Unternehmen im Chemielabor arbeiten?

Prof. Heindirk tom Dieck, Geschäftsführer der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) in Frankfurt am Main, verneint. „Probleme mit der Giftwirkung von chemischen Substanzen sind sehr selten“, bezeugt er. Was Karen Wetterhahn zustieß, sei tragisch, aber eine Ausnahme, die die Regel bestätigt. Nicht einmal beim Vorstoß in unbekannte neue Substanzklassen laufe der Chemiker nennenswerte Gefahr, sich zu vergiften.

Umgekehrt wird für tom Dieck ein Schuh daraus: „Wenn einer im Labor beim Arbeiten mit einer neuen Substanz eine physiologische Wirkung bei sich feststellt, ist das eine spannende Sache – und eine wunderbare Chance. Denn diese Entdekkung kann zum Ausgangspunkt einer neuen Klasse von Arznei- oder Pflanzenschutzmitteln werden. Aber so etwas ist extrem selten.“

Sehr viel typischer für Laborunfälle mit Chemikalien, sagt der GDCh-Geschäftsführer, ist ein anderes Risiko: Verletzungen durch ätzende, brennende oder explodierende Substanzen. „Besonders gefährdet sind die Augen. Daher ist die Schutzbrille Pflicht für jeden im Labor.“

Eine Risikoquelle anderer Art nennt Heindirk tom Dieck offen beim Namen: „Manche ehrgeizigen Chefs schreiben ihren noch unerfahrenen Diplomanden Experimente vor, obwohl sie wissen, daß die gefährlich sind. Das ist halt eine Charakterfrage…“

v Grundsätzlich sei ein Chemiker, der zum ersten Mal eine neue chemische Verbindung herstellt, in einer ähnlichen Lage wie ein Forschungsreisender in einem unbekannten Land: Er weiß nicht genau, was er antreffen wird. Doch russisches Roulett sei das trotzdem nicht – nicht mehr. Tom Dieck meint: „Heute kann man prinzipiell vorausberechnen oder zumindest plausibel einschätzen, ob eine neue Verbindung stabil sein oder voraussichtlich zu plötzlichem Zerfall neigen wird.“

Vor einigen Jahrzehnten sei man allerdings noch nicht so weit gewesen. Tom Dieck erinnert sich: „Ich habe Anfang der sechziger Jahre an der Universität München mein Chemiestudium begonnen – da gab es in bestimmten Arbeitsgruppen alle naselang Explosionen.“

Peter Paetzold kann das bestätigen. Er war persönlich mit von der Partie. Die gemütliche bayerische Sprachfärbung hat er noch nicht abgelegt, obwohl er mittlerweile seit mehr als 30 Jahren an der Universität Aachen lehrt, als Professor für anorganische Chemie.

Damals, zwischen 1962 und 1966, war er frischgebakkener Doktor der Chemie und Forscher im Arbeitskreis von Prof. Egon Wiberg – einem der Großen in der anorganischen Chemie, Pionier beispielsweise auf dem Gebiet der Bor-Stickstoff-Verbindungen.

Paetzold macht wenig Aufhebens von dem, was damals um ihn herum und mit ihm selbst passierte. Allerdings muß er sich schon mal neugierige Blicke gefallen lassen. Denn bis auf rudimentäre Stümpfe fehlen an seiner linken Hand sämtliche Finger, ebenso die Daumenkuppe der rechten Hand.

Das verdankt er der Bekanntschaft mit Boraziddichlorid. Die Substanz enthält Ketten aus jeweils drei Stickstoff-Atomen – der Chemiker nennt sie „Azid-Gruppen“. In der Militärtechnik sind Azide eine bekannte Größe: Schwermetallverbindungen wie Blei- und Quecksilberazid spalten bei einer Erschütterung explosionsartig Stickstoff ab. Bleiazid dient deshalb in Munition als Initialsprengstoff.

Die Gefährlichkeit dieser Schwermetallazide stand schon in den sechziger Jahren in allen Lehrbüchern. Andere Azide wie Natriumazid waren als nichtexplosiv bekannt. Wie jedoch Azid-verbindungen des chemischen Elements Bor reagieren würden, wußte keiner: Terra incognita. Das war Paetzold klar, als ihm im Zuge seiner Doktorarbeit die erstmalige Synthese von Boraziddichlorid gelang – aber er fand das nicht bedenklich, sondern toll.

Warum läßt sich einer auf die Herstellung einer unbekannten Substanz ein, die ihm eventuell um die Ohren fliegen wird?

„Meine Motivlage damals ist rasch beschrieben“, sagt Paetzold. „Azide waren eines der spannendsten Forschungsthemen, und ich war jung und abenteuerlustig. Wer von dem großen Visionär Wiberg als Mitarbeiter akzeptiert wurde, durfte sich schon etwas darauf einbilden. Und wir Mitglieder seiner Arbeitsgruppen hielten uns für die Avantgarde in der anorganischen Chemie, nach dem Motto: Wo wir sind, ist vorn.“

Aus dem Ehrgeiz, der seinerzeit in ihm brannte, macht der heute abgeklärte Endfünfziger kein Hehl. „Natürlich war ich darauf aus, etwas aufregend Neues zu entdecken. Schließlich ist das der Sinn von Forschung: in unbekanntes Gebiet vordringen, ohne vorher zu wissen, wie es ausgehen wird.“

Es ging nicht gut aus. Dabei hätte der Wagemutige gewarnt sein müssen. Bevor er sich an der neuen Substanz versuchte, synthetisierte er verwandte Bor-Stickstoff-Verbindungen. Von einer davon sog er zu analytischen Zwecken ein winziges Tröpfchen, etwa zwei Milligramm Substanz, in eine Glaskapillare hoch. Dann hielt er das Ende der Kapillare über die Flamme eines Bunsenbrenners, um sie – durch Abschmelzen – zu verschließen.

Die Explosion dieser zwei Milligramm war so gewaltig, daß sämtliche Etagen des Instituts zusammenliefen. Die Kapillare war in feinste Splitter zerstoben, die teils in seine Hand eingedrungen waren und mühsam herausoperiert werden mußten.

Keineswegs abgeschreckt, ging Paetzold 1966 an die Herstellung von Boraziddichlorid. Die Synthese gelang. Unter einem ständigen Strom von trockenem Stickstoff, der den Zutritt von Luftsauerstoff und Wasserdampf verhinderte, hingen schließlich farblose Kristalle der erstmals erzeugten neuen Verbindung an der Innenwand eines Glasrohrs.

„Um etwas über ihre Struktur herauszufinden, wollte ich für die Röntgenstruktur-Analyse aus einer Substanzmenge von zirka vier Gramm einen winzigen Kristall von nicht einmal einem Millimeter Kantenlänge von der Glaswand ablösen. Und hierbei“, räumt er ein, „muß ich mir wirklich den Vorwurf gefallen lassen, leichtsinnig gewesen zu sein. Ich habe doch tatsächlich mit einem Nickelspatel an dem Kristall herumgestochert. Dabei hätte mir bewußt sein müssen, daß Schwermetalle – und Nickel ist eines – katalytisch die Zersetzung von Aziden begünstigen.“

Die Explosion riß ihm die Finger von der linken Hand, mit der er das Glasrohr umfaßt hatte. Auch sein linkes Trommelfell war zerfetzt, wuchs aber zum Glück später wieder zusammen.

„Ich bin glimpflich weggekommen“, findet er rückblikkend. „Der Verlust meiner Finger trifft mich nicht allzu hart, da die Stümpfe noch recht beweglich sind. Was schlecht geht, ist das Schließen des rechten Manschettenknopfs. Und was noch schlechter geht: Ich kann nicht mehr gut Kontrabaß spielen.“ Sein Mißgeschick war kein Einzelfall unter den Münchener Azid-Forschern. Einem zerriß es einen Glaskolben, den er in beiden Händen hielt. Was von seinen Fingern gerettet werden konnte, blieb lebenslang steif. Am dramatischsten verlief eine Explosion, nach der ein Doktorand mit zerfetzter Hals- und Armschlagader in einer Blutlache am Boden lag. Weil eine beherzte Laborantin ihm bis zum Abtransport die Halsschlagader zupreßte, überlebte er knapp. Er trug allerdings irreparable Schäden an den Stimmbändern davon.

„Nach meinem Unfall“, so Paetzold, „haben wir beraten, was wir mit den bislang hergestellten rund 200 Gramm Boraziddichlorid in unserem Labor machen sollten. Wenn schon vier Gramm genügt hatten, um mir die Finger von der Hand zu reißen, mußten 200 Gramm eine wahre Bombe sein. Was, wenn eine so instabile Substanz ohne erkennbaren Anlaß plötzlich zerfiele?“

Während der Verunglückte noch in der Klinik lag, betteten die Kollegen im Labor den brisanten Kolben in eine Büchse mit Diatomeenerde – ein feinkörniges, lockeres Sediment, das unter anderem als Verpackungsmaterial für Gefahrguttransporte dient. In einem leeren Fahrstuhl wurde die Büchse ins Dachgeschoß des Anorganischen Instituts hochgeschickt. Dort deponierte man die heiklen 200 Gramm in einer Dachkammer.

Aber auch das erschien Paetzold, der nach einem halben Jahr ins Labor zurückkehrte, zu riskant. Was wäre, wenn irgendwer ahnungslos an die Büchse stieß? Wie wurde man den Sprengsatz unter dem Dach nur wieder los? Er rief im Münchener Polizeipräsidium an und traf auf ratlose Gesprächspartner. Man verwies ihn an einen Fachmann für die Entschärfung von Bomben im bayerischen Innenministerium.

Kurz danach wurde das Problem aus der Welt geschafft – im Morgengrauen um fünf Uhr früh, damit garantiert niemand im Institutsgebäude war. Auf dem Dach hatte der Bombenexperte aus Strohballen eine Art Haus errichtet und mit Drahtgeflecht umwickelt. Der routinierte Beamte stellte die Büchse kaltblütig ins Strohhaus.

Nach dem Umwickeln mit Lunte und Zündkapsel brachte der Sprengstoff-Profi aus sicherer Entfernung die brisante Büchse zur ohrenbetäubenden Detonation. Paetzold fiel ein Stein vom Herzen. „Die Rauchwolke stieg etwa 100 Meter hoch, und der Knall erschreckte die Reisenden im 500 Meter entfernten Hauptbahnhof.“

Das ist 33 Jahre her. Zufrieden stellt der Chemieprofessor fest, daß in den drei Jahrzehnten an der Universität Aachen weder in seinem eigenen noch in einem Nachbarlabor etwas Ernsthaftes passiert ist. Dabei ist sein Arbeitsgebiet, die metallorganische Chemie, mit ihren häufig leicht flüchtigen und brennbaren Verbindungen nicht ohne Risiko.

Peter Paetzold setzt auf Erziehung als Unfallvorsorge. Er legt größten Wert darauf, daß seine Studenten in den Praktika von der Pike auf das chemische Handwerk erlernen. Später dann, wenn Diplomanden und Doktoranden ihren Forschungsthemen nachgehen, sorgt der sicherheitsbewußte Professor dafür, daß die Arbeitsgruppen aus älteren und jüngeren Mitgliedern gemischt sind: Im Labor passen die Erfahreneren auf die Unerfahreneren auf – schon aus Eigeninteresse.

Gefährlich wird es nach seiner Erfahrung hin und wieder bei Gästen und Neulingen im Labor: bei Lehrlingen, Forschungspraktikanten und manchmal auch bei Gastforschern aus dem Ausland.

„Es hängt sehr stark von der Universität ab, von der der Gast kommt. Manchmal sind das fertige Chemiker mit brillantem Theorieverständnis, aber in ihren praktischen Fähigkeiten auf einem erstaunlich niedrigen Niveau – mitunter kommen sie sogar aus Ländern, die für ihre großen Forschungsleistungen renommiert sind. Die können Gefahren oft nicht realistisch einschätzen“, bezeugt Paetzold.

Daher müsse man erst einmal genau hinsehen, was ein Laborgast macht, und wie. „Manche mußten wir sofort wieder nach Hause schicken – auch zu ihrem eigenen Schutz.“

Uni-Risiken: Nur drei Prozent Chemikalienunfälle Laufen Universitäts-Chemiker durch den Umgang mit potentiell gefährlichen Stoffen ein höheres Risiko als andere Berufsgruppen? Dr. Peter Rinze, Referatsleiter für Arbeitssicherheit und Umweltschutz an der Universität Hamburg, kann nichts dergleichen erkennen.

Die Kategorien „Ausrutschen“ und „Stürzen“ machen mit 25 beziehungsweise 24 Prozent zusammen die Hälfte aller Unfallursachen in den Gebäuden des Fachbereichs Chemie aus. Unfälle mit Chemikalien schlagen in der Unfallstatistik lediglich mit 3 Prozent zu Buche. Am problematischsten sei hierbei das Trocknen von Lösungsmitteln mit Natrium-Kalium-Legierung – „dabei gibt es etwa alle drei Jahre mal einen Brand, der aber bislang immer glimpflich abging“.

Das Hauptproblem sieht Rinze außerhalb: „Die Verkehrsunfälle auf dem Weg von und zur Universität machen uns die größten Sorgen.“ Bedenklich findet er auch: „Bausubstanz und Grundausstattung der Institute stammen überwiegend aus den sechziger Jahren und sind dementsprechend veraltet – das gefällt mir unter Sicherheitsaspekten überhaupt nicht.“

Thorwald Ewe

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