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REINSTWASSER

Das reine Vergnügen

| Redakteur: Marc Platthaus

In der chemischen Analytik, der Halbleiter- und Pharmaindustrie oder in der medizinischen Forschung wird Reinstwasser als Reinigungs- und Lösemittel eingesetzt. Je nach Anwendungsbereich sind unterschiedliche Reinstwasser-Qualitätskriterien und Produktionsmengen erforderlich.

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( Archiv: Vogel Business Media )

In der chemischen Analytik, der Halbleiter- und Pharmaindustrie oder in der medizinischen Forschung wird Reinstwasser als Reinigungs- und Lösemittel eingesetzt. Je nachAnwendungsbereich sind unterschiedliche Reinstwasser- Qualitätskriterien und Produktionsmengenerforderlich.

Mit der Entwicklung und dem Einsatz neuer Technologien steigen auch die Anforderungen an das benötigte Reinstwasser. Während zur Produktion von Mikrochips Wasser benötigt wird, das keinerlei anorganische Verbindungen und Kohlenwasserstoffe enthält, sollte das Wasser für medizinische oder pharmazeutische Bereiche frei von Pyrogenen und Mikroorganismen sein.

Qualität

Die Qualität des Wassers wird in erster Linie anhand von Leitfähigkeit bzw. spezifischem Widerstand gemessen. Neben diesen Daten werden noch weitere Parameter wie anorganische und organische Bestandteile, Partikelgehalt oder Anzahl an vorhandenen Mikroorganismen zur Bestimmung der Reinstwasserqualität verwendet. Der häufig eingesetzte TOC-Wert (Total Organic Carbon) gibt die Menge des organisch gebundenen Kohlenstoffs innerhalb einer Probe an. In DIN-ISO 3696 werden die Anforderungen und Voraussetzungen, die Wasser erfüllen muss, um im analytisch chemischen Bereich als Reinstwasser eingesetzt zu werden, definiert.

Dabei wird Reinstwasser in drei unterschiedliche Qualitäten eingeteilt. Für analytische Zwecke darf z.B. Wasser der Qualität 1 bei 25°C eine maximale elektrische Leitfähigkeit von 0,1µS/cm haben. Die VDI-Richtlinie VDI 2083 gibt die Bedingungen für Reinstwasser in der Halbleiter-Industrie vor. Mittlerweile existieren jedoch bereits Technologiebereiche, in denen weit höhere Anforderungen an Reinstwasser gestellt werden. In der Biotechnologie z.B. wird z.T. Wasser benötigt, das absolut nuklease-, DNA- und pyrogenfrei sein muss.

Einsatzbereiche

Ein wichtiges Segment für den Reinstwassereinsatz ist die Analytik, z.B. in der HPLC, der Atomabsorptions-Spektrometrie oder der Ionenchromatographie. Bestimmte Zellkulturexperimente oder molekularbiologische Analysen erfordern für reproduzierbare Ergebnisse ebenfalls Wasser in höchster Qualität. Aber auch in der Lebensmittelindustrie, der Elektroindustrie bei der Chipherstellung, in der pharmazeutischen Industrie bei der Medikamentenherstellung oder bei der In-vitro-Fertilisation können die Prozesse ohne Reinstwasser nicht durchgeführt werden.

Herstellung

Zur Herstellung von Reinstwasser werden - teilweise auch hintereinander geschaltet - hauptsächlich Ionenaustauschverfahren, Membrantrennverfahren wie Umkehrosmose und Ultrafiltration, Elektrodeionisation und UV-Desinfektion eingesetzt. Dabei muss das Reinstwasser häufig vorbehandelt werden. Zunächst werden im Ionenaustauschverfahren die Ionen der Salze aus dem Wasser größtenteils entfernt. In einem weiteren Schritt können in der Ultrafiltration relativ große Moleküle und Stoffe durch den Einsatz einer porösen Membran abgetrennt werden. Dieses Verfahren wird z.B. bei der Synthese von pyrogenfreiem Wasser für mikrobiologische Anwendungen verwendet, da es Zellbruchstücke effektiv entfernt. Wird die Ultrafiltration allein eingesetzt, werden Salze allerdings nicht abgetrennt. Ein weiteres Trennverfahren ist die Umkehrosmose, bei der das Wasser mit einem Druck, der den Prozess der Osmose umkehrt, durch eine semipermeable Membran gepresst wird.

Gelöste Salze, anorganische und organische Moleküle werden so effektiv aus dem Wasser entfernt. Auch mit der Umkehrosmose allein ist jedoch eine vollständige Entsalzung nicht möglich. Je nach Anforderung kann daher eine Kombination mit Ionenaustauschern zur Elimination des Restsalzgehalts erforderlich sein. Hierfür kann ebenso im Nachgang an die beiden erwähnten Verfahren eine Elektrodialyse durchgeführt werden, um die Ionen aus dem vorbehandelten Wasser zu entfernen. Hierbei wird ein elektrisches Feld angelegt, in dem die Ionen ihrer Ladung entsprechend in Richtung der Elektroden wandern. Eine Kombination aus Ionenaustauscher und Elektrodialyse ist die Elektrodeionisation. Bei diesem Verfahren wird die Kammer, in der das Reinstwasser hergestellt wird, mit Ionenaustauscherharzen gefüllt. Diese Harze nehmen die Ionen auf und transportieren sie durch das elektrische Feld ab. Dieses Verfahren wird häufig für die Restentsalzung nach Umkehrosmose eingesetzt.

Laborkomplettlösungen

Die Anbieter von Reinstwasser verfügen über ein breites Produktportfolio an anwendungsspezifischen Komplettlösungen. Die Systeme wurden vor allem unter dem Gesichtspunkt entwickelt, möglichst hohe Wasserqualität bei gleichzeitig geringen Kosten zu produzieren. Platzersparnis und genau auf den Kunden zugeschnittene Produktionsraten und Qualitäten sind ebenfalls wichtige Parameter. Je nach Branche kann der Reinstwasserbedarf bei wenigen Litern pro Stunde oder mehreren tausend Litern pro Tag liegen. Die meisten Systeme können auf der Bench, an der Wand installiert oder sogar im Labortisch integriert werden, so dass nur noch das Bedienmodul sichtbar ist. Im Folgenden werden exemplarisch und ohne Anspruch auf Vollständigkeit unterschiedliche Produktlinien von Reinstwasserherstellern vorgestellt.

TOC-Messung in Echtzeit

Speziell für den biowissenschaftlichen und analytischen Bereich bietet Elga Labwater die Purelab Ultra Produktlinie an. Mit einer Fließrate bis zu zwei Litern pro Minute generieren die Geräte 18,2MV-cm Reinstwasser. Zwei Aufbereitungskartuschen sorgen für die Entfernung auch feinster Spuren von Verunreinigungen. Mittels Echtzeit-TOC-Messung wird die organische Reinheit ständig kontrolliert. Die Modelle sind auf verschiedene Anwendungsbereiche ausgerichtet. Während z.B. das Genetic-System für den Bereich Molekularbiologie Reinstwasser mit einem TOC-Wert unter 3ppb und einem Gehalt an bakteriellen Endotoxinen unter 0,001EU/ml produziert, liefert das für allgemeine Laboranwendungen ausgelegte Scientific-System Reinstwasser mit einem TOC-Wert unter 15ppb und einem Bakteriengehalt unter 1KBE/ml.

Hohe Fließgeschwindigkeit

Für einen Reinstwasserbedarf von 150 bis 500 Liter pro Tag bietet membraPure seine Optiprep-Produktreihe an. Die drei Geräte Reagent, Analytical und Life Science haben eine Fließgeschwindigkeit von acht Litern pro Minute. Das aus Umkehrosmose, Elektrodeionisierung oder einer VE-Anlage bereits vorgereinigte Eingangswasser wird im Reagent zusätzlich über Vorfilter und drei Reinigungselemente gereinigt. Im Analytical erfolgt eine UV-Reinigung, der Life Science verfügt über UV-Reinigung und Ultrafiltration. Auch hier werden durch die verschiedenen Reinigungsschritte unterschiedliche TOC-Werte erzielt, so dass die Systeme je nach Anforderung in unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt werden können.

Die ms-Control verhindert das Einspeisen von nicht spezifikationsgerechtem Wasser. Die MemTap-Funktion erlaubt komfortables Dosieren. Für den Niedrigdurchsatzbedarf im Labor hat TKA das modulare System TKA Micro entwickelt. Bei einer Leistung von einem Liter pro Minute sorgt ein Zirkulationsdispenser für die einfache und flexible Reinstwasserentnahme. Der Mikro-Flüsterbetrieb ermöglicht nach Herstellerangaben konzentriertes Arbeiten auch in direkter Umgebung des Systems.

Kombination mit RO-Anlage

Sartorius hat vier verschiedene Modelle des arium Reinstwassersystems im Sortiment, ergänzt durch den arium Tower, der die einzelnen Systeme zu einer Einheit zusammenfügt. Der Tower ist eine Laborwasserstation mit integrierter Umkehr-Osmose-Anlage, Drucktank, TOC-Gerät und einem arium Reinstwassersystem. Er eignet sich zur eigenständigen Produktion von hochreinem Wasser. Die kompakte Bauweise spart Laborplatz, alle für den Benutzer wichtigen Teile sind leicht zugänglich, wodurch zur Routine gehörende Wartungsarbeiten und das Auswechseln der Filterpatronen mühelos durchgeführt werden können.

GLP-konforme Herstellung

Für den allgemeinen Laborbetrieb hat Millipore fünf Milli-Q-Systeme konzipiert, die alle mit einem dreistufigen Reinigungsprozess arbeiten. Mittels Photooxidation werden in den Geräten Gradient, Synthesis und Element organische Moleküle zerstört. Die beiden Systeme Biocel und Synthesis enthalten ein Ultrafiltrationsmodul, um Pyrogene und Nukleinsäuren zu entfernen. Durch eine Widerstandsmesszelle und einen TOC-Monitor ist in allen Systemen die Kontrolle des produzierten Reinstwassers auf selbst gerings-te organische Verunreinigungen möglich.

Das Unternehmen bietet zusätzlich für alle Systeme eine Dokumentationssoftware für GLP-Protokolle. Die Reinstwasseranlagen Ultra Clear und Integra von SG beinhalten ein besonderes Vorbehandlungsmodul, das die direkte Verwendung von Leitungswasser erlaubt. Je nach Gerät sind UV-Oxidation, TOC-Monitoring und Ultrafiltration verfügbar. Für die Oxidation und Messung der organischen Verunreinigungen wird dieselbe UV-Quelle genutzt, was eine Kostenreduktion mit sich bringt.

Die Nanopure-Diamond-Serie von Wilhelm Werner ist ein modulares System, das in unterschiedlichen Ausbaustufen erhältlich ist. Je nach Ausstattung verfügen die Geräte über Ultrafiltration, UV-Entkeimung und TOC-online-Messung. Neben einer speziellen Volumen-Dosiertechnik, enthält das System für eine GMP-/GLP-gerechte Reinstwasseraufbereitung eine RS-232-Datenschnittstelle, so dass alle Daten dokumentiert und reproduziert werden können. Versuchsprotokolle können z.B. auf einen Rechner übertragen oder über einen angeschlossenen Drucker direkt ausgedruckt werden.

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