Laborwasseraufbereitung Tipps zur Minimierung der Gefahr der Wasserkontamination im Labor

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1 Laborwasseraufbereitung Tipps zur Minimierung der Gefahr der Wasserkontamination im Labor von Dr. Estelle Riche, Lab Water Global Application Scientist, Anastasia Khvataeva-Domanov, Lab Water Global Application Scientist und Dr. Stéphane Mabic, Lab Water Global Application and Training Manager, Merck Ihr Labor verfügt über ein brandneues Wasseraufbereitungssystem - oder vielleicht auch über ein etwas älteres System, das Ihren Ansprüchen noch genügt. In jedem Fall gibt es ein paar einfache aber hilfreiche Regeln um Problemstellen im Labor zu vermeiden und die Wasserkontaminanten in Schach zu halten. So können Sie gewährleisten, dass Ihnen für Ihre Arbeiten im Labor eine optimale Reinstwasser-Qualität zur Verfügung steht. Strategische Platzierung und kluger Einsatz Ihres Systems > Empfehlungen zur Platzierung Zweifelsohne beeinflussen die Platzverhältnisse in Ihrem Labor die Entscheidung darüber, wo genau Ihr Wasseraufbereitungssystem installiert werden soll. Viele der heutigen Wasseraufbereitungssysteme bieten eine Auswahl an Installationsmöglichkeiten: Wasseraufbereitungsgeräte für den Auftisch- oder Untertisch- Betrieb sowie zur Wandmontage in Kombination mit tisch- oder wandmontierten Wasserentnahme- Einheiten. Bei größeren Systemen kann das Vorbehandlungssystem, das reines Wasser liefert, aus Platzund Effizienzgründen sogar in einiger Entfernung von der das Reinstwasser liefernden Polisher-Einheit installiert werden. Beschränkte Platzverhältnisse sollten allerdings nicht die einzigen Kriterien sein, die darüber entscheiden, wo Ihr System installiert wird. Nehmen Sie sich etwas Zeit und gehen Sie in Gedanken Ihre Gewohnheiten bei der täglichen Verwendung von Rein- bzw. Reinstwasser durch. Wo verwenden Sie zum Beispiel das meiste Reinwasser? Verwenden Sie Ihr Reinwassersystem für die Laborausstattung wie Glaswarenwaschmaschine, Autoklaven oder Heizbäder? Benötigen Sie Reinwasser auch häufig für manuelle Wasch- und Spülvorgänge oder zur Vorbereitung von Reagenzien? Überlegen Sie nun, welche Stelle am besten für alle diese Anwendungen geeignet ist, sodass Sie sich möglicherweise auch noch viele Schritte sparen können. Abbildung 1. Wandinstallation einer Wasseraufbereitungseinheit mit Reinstwasser-Dispenser auf dem Tisch. 1

2 Die gleichen Überlegungen lassen sich hinsichtlich der Verwendung von Reinstwasser stellen, das für alle kritischen Laboranwendungen benötigt wird. Reinstwasser kann flüchtige Moleküle aus der Raumluft absorbieren. Wenn Sie in Ihrem Labor Spuren- und Ultraspurenanalysen durchführen, sollten Sie daher zur Vermeidung einer Kontamination des Reinstwassers Ihr Wasseraufbereitungssystem, bzw. Ihre Entnahmeeinheit an einer Stelle platzieren, die nicht im Durchgang liegt bzw. wo sich keine Chemikalien, Fenster oder HVAC-Leitungen befinden. > Tipps für die tägliche Anwendung Es empfiehlt sich, täglich noch vor der Entnahme von Rein- oder Reinstwasser eine kleine Menge Wassers aus dem Wasseraufbereitungssystem abzulassen. Diese präventive Maßnahme hilft, jegliche Kontamination mit Kontaminanten aus der Luft, die möglicherweise über die Entnahmestelle des Wassers absorbiert wurden, zu eliminieren. Dies ist besonders wichtig, wenn das System über das Wochenende nicht verwendet wurde. Das Anbringen eines Plastikschlauchs am Auslass des Wasseraufbereitungssystems ist zu vermeiden. Dafür gibt es zwei Gründe: Erstens können die Weichmacher aus dem Schlauch in das vom System gelieferte Wasser übergehen, und zweitens können sich in den im Schlauch verbleibenden Wassertropfen Bakterien oder Algen entwickeln, die bei der nächsten Wasserentnahme aus dem System das Wasser kontaminieren. Um eine spritzfreie Wasserentnahme zu ermöglichen, bieten viele der modernen Wasseraufbereitungssysteme anpassbare Entnahme-Einheiten an, die dem Aufsetzen eines Plastikschlauchs deutlich vorzuziehen sind. Nicht jedem ist bewusst, dass auch Luftbläschen das Wasser, das für Spurenanalysen verwendet wird, kontaminieren können. Tatsächlich vergrößern Luftbläschen die Kontaktfläche zwischen der Raumluft im Labor (die flüchtige organische Stoffe oder anorganische Stoffe wie Ammoniak oder Chlorid enthalten kann) und dem Reinstwasser. Um die Bildung von Luftbläschen zu vermeiden, neigen Sie das Gefäß für das Reinstwasser bei der Entnahme etwas, sodass der Wasserstrom sanft gegen die Innenwand des Gefäßes fließen kann und nicht in einem direkten Strahl am Boden des Gefäßes landet. Vergessen Sie nie, dass eine Kontamination des Wassers auch aus einer Vielzahl anderer Quellen im Labor stammen kann, wo man dies nie vermutet hätte. Viele der regelmäßig im Labor verwendeten Geräte oder Materialien können für das Entstehen von Kontaminanten verantwortlich sein. Dazu zählen organische Lösungsmittel, Reinigungsgeräte, Handschuhe, Markerstifte oder neues Mobiliar, das volatile organische Verbindungen abgeben kann. Augenmerk auf Gefäße und Reinigung > Wahl der Gefäße Ein weiterer wichtiger Faktor für eine optimale Qualität des Laborwassers ist die Wahl der richtigen Behältnisse für das Entnehmen und/oder das Aufbewahren des Wassers. Obwohl das Aufbewahren von Reinstwasser nicht empfohlen wird, da sich seine Qualität sehr schnell vermindert, mag es Situationen geben, wo dies unvermeidlich ist. In solchen Fällen sollte die Lagerungszeit so kurz wie möglich sein und das Gefäß sollte verschlossen oder zumindest abgedeckt sein, um jeden Kontakt mit möglichen Kontaminanten aus der Raumluft des Labors zu verhindern. 2

3 Auch das Aufbewahrungsbehältnis selbst sollte sorgfältig gewählt werden, da ultrareines Wasser ein hervorragendes Lösungsmittel ist und daher Chemikalien aus Karbonstoffen oder Flaschen sehr rasch absorbiert, ebenso wie chemische Dämpfe direkt aus der Laboratmosphäre. Aus diesem Grund eignen sich manche Arten von Gefäßen besser als andere, wobei dies insbesondere von der Art der durchzuführenden Analysen abhängt. So werden z. B. für die Verwendung bei organischen Analysen wie HPLC (Hochleistungsflüssigkeitschromatographie) oder LC-MS (Flüssigkeitschromatographie- Massenspektrometrie) Borosilikatglasflaschen oder oberflächenbehandelte braune Glasflaschen bevorzugt, da diese keinerlei organische Moleküle in das Wasser abgeben. Im Gegensatz dazu sollten Plastikgefäße vermieden werden, da sie Weichmacher oder andere organische Moleküle freisetzen können. Abbildung 2. Auswirkungen des Aufbewahrungsbehältnisses auf die Wasserqualität Milli-Q -Wasser wurde sowohl in einer braunen Glasflasche als auch in einer Polypropylenflasche aufbewahrt. Gezeigt werden die Massenspektren (oben) und die TICs (unten), die unmittelbar nach direkter Injektion des Wassers in das Massenspektrometer im ESI+-Modus (Elektrosprayionisation, Positiv-Ionen- Modus) ermittelt wurden. Gefäße aus Polyethylen oder Polypropylen geben nur geringe Mengen an Ionen ab und werden daher für Ionenanalysen eher empfohlen als Glasgefäße. Für Analysen mit ICP-MS (Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma) werden in der Regel Fluorpolymere (PFA) bevorzugt. Wie ICP-MS-Analysen gezeigt haben, können Elemente aus Plastikbehältnissen in das Reinstwasser gelangen. Es wird empfohlen, vor den Analysen verschiedene Behältnisse zu testen, um für die jeweiligen Zielelemente das am besten geeignete Behältnis zu wählen. > Reinheit der Behältnisse Die richtige Reinigung von Gefäßen und deren Deckeln ist sehr wichtig. Je nach Art der durchzuführenden Analysen können für die Reinigung unterschiedliche Chemikalien wie Aceton oder verdünnte Säure verwendet werden. Nach der Reinigung mit diesen Chemikalien sollten die Behältnisse und deren Deckel mehrere Male mit ultrareinem Wasser gespült werden, um sicherzustellen, dass die Objekte vollkommen frei von jeglichen Rückständen sind. 3

4 Für besonders heikle Spurenanalysen sollte ein separater Satz an Glasbehältnissen verwendet werden, um das Einschleusen von Kontaminanten aus anderen Experimenten zu vermeiden. Empfehlenswert ist auch, die Verwendung von Detergenzien zu vermeiden. > Nachteile der Glaswaren-Waschmaschinen Für empfindliche LC-MS-Anwendungen mag es besser sein, keine Glaswaren-Waschmaschinen zu verwenden. Die Funktion dieser Geräte beruht auf der Verwendung von starken Basen und Tensiden zur Reinigung von Glasflaschen, Glaskrügen und anderen Glasbehältnissen. Spuren dieser Reinigungsmittel können sich an den Glasoberflächen ablagern und die später in diesen Behältnissen zubereiteten Lösungen kontaminieren. Wohl überlegte Aufbewahrung von Wasser > Eigenschaften von Wassertanks Obwohl es generell keine gute Idee ist, Reinstwasser zu lagern, muss Reinwasser doch gelegentlich einige Zeit lang aufbewahrt werden, wenn große Volumina benötigt werden oder bevor das Wasser weiter aufbereitet wird. In solchen Fällen bleibt das Wasser für einen längeren Zeitraum in Kontakt mit den Innenwänden des Wassertanks. Folglich sollte dem Material des Wassertanks entsprechende Aufmerksamkeit geschenkt werden, denn manche Materialien geben organische und/oder ionische Verbindungen an das gelagerte Wasser ab. Labortests haben gezeigt, dass sich Tanks aus PE (Polyethylen) besser eignen als solche aus PP (Polypropylen). Zum Schutz gegen Algenwachstum sollten Wassertanks lichtundurchlässig sein und glatte Innenwände aufweisen. Zudem sollte die Bauweise eine einfache und vollständige Entleerung des Tanks ermöglichen. Durch einen speziellen Belüftungsfilter an der Oberseite des Tanks kann die Laborluft gefiltert werden, sodass Kontaminanten aus der Raumluft nicht in den Tank gelangen können. > UV-Licht gegen Bakterienwachstum Bei vielen Wasseraufbereitungssystemen zirkuliert das gelagerte Wasser regelmäßig durch eine bakterizide Ultraviolet (UV)-Lampe, bzw. besteht auch die Möglichkeit der Installation einer UV-Lampe direkt im Wassertank, um so sicherzustellen, dass die Belastung durch Bakterien so minimal wie möglich ist. Bedeutung von Überwachung und Wartung > Durch Überwachung alles unter Kontrolle halten Um sicherzugehen, dass das Wasseraufbereitungssystem Ihres Labors Wasser produziert, das immer den Spezifikationen Ihrer Anwendungen entspricht, empfiehlt sich die regelmäßige Überwachung der Wasserqualität. Zwei häufig verwendete Indikatoren für die Qualität des Laborwassers sind der Widerstand/die Leitfähigkeit und der gesamter organischer Kohlenstoff im Wasser (TOC). Abbildung 3. Werte für den Widerstand und den TOC an der Basis eines Reinstwasser-Dispensers 4

5 Der Widerstand spiegelt die Ionenreinheit wider: ein Ablesewert von 18,2 MΩ cm bedeutet, dass das erzeugte Wasser ionenfrei ist. Der TOC-Wert gibt die Gesamtmenge des im Wasser enthaltenen organischen Materials an. Für ultrareines Wasser liegt der TOC-Wert in der Regel bei oder unter 5 ppb (oder µg/l). Widerstand und TOC-Wert sind einander ergänzende Messwerte: Je nach Anwendung können auch beide Werte erforderlich sein, um eine wirklich gute Momentaufnahme der Wasserqualität zu erhalten. Manche Wasseraufbereitungssysteme verfügen zusätzlich über eine eingebaute Software, die eine Fernüberwachung und Ferndiagnose ermöglicht, die Werte der Wasserqualität langfristig elektronisch speichert und Tools zum erweiterten Datenmanagement bietet. > Regelmäßige Wartung für optimale Wasserqualität Um eine gleichbleibend hohe Qualität von Rein- und Reinstwasser sicherzustellen, sollte das Wasseraufbereitungssystem regelmäßig und sorgfältig gewartet werden. Entscheiden Sie sich für einen Hersteller, der mehrere verschiedene Servicepläne für die unterschiedlichen Anwendungsniveaus bietet. Die Anwender selbst können die Leistung ihres Wasseraufbereitungssystems optimieren und die Lebensdauer des Systems dadurch verlängern, dass sie die Aufreinigungskartuschen zeitgerecht nach Herstellerangaben wechseln und das System regelmäßig einem jährlichen Wartungscheck unterziehen. Anwender, die in einem validierten Umfeld arbeiten, müssen zudem sicherstellen, dass die Monitoring- Ausrüstung kalibriert ist und dass die eventuell geforderten Eignungstests durchgeführt werden. Zusammenfassung Wenn Sie die genannten Punkte wann immer möglich in die Praxis umsetzen, so wird dies dazu beitragen, dass Ihr Wasseraufbereitungssystem stets optimal funktioniert und dass Sie die bestmögliche Wasserqualität erhalten. DANKSAGUNG Die Autoren danken ihren Kollegen, insbesondere Dr. Stephan Altmaier, für ihre Unterstützung, sowie Jeannette Mondou, technische Redakteurin bei Lab Water, für deren wertvolle Beiträge. Für weitere Informationen zu Aufbereitungssystemen für Laborwasser und verbundene Dienstleistungen wenden Sie sich bitte an: 5