Chemische Reinheit

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Sauberkeitsprüfung hinsichtlich chemischer Verunreinigung mittels Lösemittel-Extraktion

In Branchen mit hohen Reinheitsanforderungen wie in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik oder Halbleiter- und Automobilindustrie ist die Überwachung der chemischen Reinheit von wachsender Bedeutung. Bereits kleinste Mengen an Verunreinigungen können von einer Beeinträchtigung der Produktqualität und -sicherheit bis hin zum Ausfall führen. Zu dieser Problematik bietet das Fraunhofer IPA, neben der Überwachung von kontaminationskritischen Prozessschritten, problemorientierte Lösungsansätze für individuelle und kundenspezifische Anwendungen mit hohen Reinheitsanforderungen.

Chemische Reinheit auf Bauteilen und Oberflächen

Während in vielen Anwendungen eine definierte Kontamination auf Bauteilen und Oberflächen erwünscht ist (z.B. beim Korrosionsschutz), können bei herkömmlichen Prozessschritten wie beim Kleben, Beschichten und Schweißen schon kleinste Verunreinigungen gravierende Folgen für die Funktionsfähigkeit oder Nachfolgeprozesse haben. Die kontinuierliche Überwachung des chemischen Reinheitszustandes ist daher ein wichtiger Bestandteil der Qualitätskontrolle.

Ob organische und anorganische Verunreinigungen auf technischen Oberflächen, zeitabhängige Trübungseffekte auf Optiken, Ausgasungs- und Langzeitlagerungseffekte von Materialien oder Kontaktübertragung – wir unterstützen und beraten Sie bei der Ursachenanalyse und Bewertung der chemischen Reinheit auf Bauteilen und Oberflächen jeglicher Art.

Für individuelle Anwendung steht uns eine Vielzahl an Methoden und Geräten zur Verfügung:

  • Extraktionsverfahren mit ultrareinem Lösungsmittel für eine Ultraspurenanalyse mittels FTIR-Spektrometer
  • Minimalmengen-Extraktion und Bestimmung Nicht-verdampfbarer Rückstände (NVR)
  • Sauberkeits- und Ausgasprüfung von Materialien/Bauteilen mit thermischen Extraktionskammern bis 300 °C von 0,001 L bis 200 L
  • Ultraspurenanalyse im ppt-Bereich mittels Ionenchromatographie (IC)
  • Verfahren zur Überwachung kondensierbarer Stoffe während der Produktion (z.B. in der Luft- und Raumfahrt)
  • Tragbare Geräte (Fluoreszenz, Kontaktwinkel-messungen zur Bestimmung der freien Oberflächenenergie, etc.)
  • Gesamtkohlenstoff (TOC) als Summenwert organischer Verunreinigungen
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Quantitative und qualitative Ultraspurenanalyse mittels FTIR
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Lösemittel-Extraktion von chemischen Verunreinigung auf einem Bauteil
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Bestimmung der Diffusivität von Materialien (z.B. Folien) mit H₂O₂

Chemische Reinheit in Luft und Gasen

Mit den steigenden Reinheitsanforderungen nimmt auch die Überwachung der Prozessumgebung in kontaminationskritischen Bereichen stetig zu. Je nach Prozess dürfen vorab definierte Grenzwerte nicht überschritten werden, um die produktspezifischen Reinheitsanforderungen einzuhalten. Oft sind es beispielsweise lösemittelhaltige Klebstoffe, Beschichtungen, Werkstoffe, Materialien oder Fußbodensysteme, die unbewusst chemische Verunreinigungen in die Prozessumgebung einbringen. In vielen Branchen kann es durch diese unerwünschten Bestandteile in der Luft zu fehlerbehafteten Produkten, Produktionsausfällen oder sogar gesundheitlichen Schäden führen.

Für die zuverlässige Überwachung einer chemisch sauberen Prozessumgebung stellt das Fraunhofer IPA eine Vielzahl an Verfahren bereit:

  • Ultraspurenanalyse von luftgetragenen organischen Verunreinigungen (VOC/SVOC) mittels Thermodesorptions-Gaschromatographie-Massenspektrometrie (TD-GC/MS) unter Einsatz unterschiedlicher Adsorbersysteme (Tenax®, Carbotrap, Molekularsiebe, etc.)
  • Gas- und Luftprobenahme mit Fallen und Impinger
  • Ionenchromatographie für die Ultraspurenanalyse von Anionen und Kationen, anorganischen Säuren sowie Ammoniak im ppt-Bereich
  • Ausgasprüfung von Materialien oder Bauteilen mit Emissionszellen und -kammern von 10 cm3 bis 1 m3
  • Sauberkeits- und Ausgasprüfung von Materialien/Bauteilen mit thermischen Extraktionskammern bis 300 °C von 0,001 L bis 200 L
  • Methode zur selektiven Messung kondensierbarer Stoffe
  • Tragbare Geräte (z.B. ppb-PID-Detektor, Ozon, ausgewählte Gase, etc.)
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Ultraspurenanalyse von luftgetragenen organischen Verunreinigungen (VOC/SVOC) mittels GC-MS
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Überwachung der Ausgasung von ebenflächigen Materialien mithilfe einer FLEC-Zelle durch Absorption auf ein Tenax®-Probenröhrchen, am Beispiel einer Bodenplatte.
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Thermische Extraktion von Materialien und kleinen Bauteilen in der µCTE

Chemische Reinheit in Flüssigkeiten

Die Bestimmung der chemischen Kontamination – ob luftgetragen oder kondensiert auf Oberflächen – durch Flüssigkeitsextraktion gewinnt an immer größerer Bedeutung. Bei der Überführung der Kontaminationen in hochreine Flüssigkeiten spielen oft geometrische Faktoren (klein-/großflächig, innenliegend oder konstruktiv schwer zugängliche Stellen) eine große Rolle und bedürfen bauteilspezifische Extraktionsverfahren.

Abhängig von der Art der Verunreinigung können folgende Verfahren angewendet werden:

  • Flüssig-Extraktionsverfahren anhand von Bauteilen jeglicher Art mit ultrareinem Lösungsmittel für eine Ultraspurenanalyse mittels FTIR
  • Quantitative Ultraspurenanalyse im ppt-Bereich von Anionen und Kationen, anorganische Säuren sowie Ammoniak in Reinstwasser mittels Ionenchromatographie (IC)
  • Riboflavin Lösemittel-Extraktion und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (UPLC) unter Verwendung verschiedener Detektoren (ELSD, UV)
  • Minimalmengen-Extraktion und Bestimmung Nicht-verdampfbarer Rückstände (NVR)
  • Leitfähigkeitsbestimmung als Summenwert ionischer Verunreinigungen
  • Gesamtkohlenstoff (TOC) als Summenwert organischer Verunreinigungen
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Ionenchromatographie (IC) für die Ultraspurenanalyse im ppt-Bereich
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Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (UPLC) unter Verwendung verschiedener Detektoren (Dioden-Array-Detektor und Lichtstreudetektor (ELSD))
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Lösemittel-Extraktion chemischer Kontaminationen zur quantitativen Ultraspurenanalyse mit dem FTIR

Reinheit in der Medizintechnik

Per Gesetz sind Medizintechnikunternehmen für ihre Produkte haftbar. Sie verpflichten sich dazu, bei bestimmungsgemäßer Anwendung ihrer Produkte die Risiken für die Patienten zu minimieren. Das Fraunhofer IPA bietet zu diesem Thema ein breites Leistungsspektrum.

Weitere Informationen finden Sie hier.

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Medizinprodukte als Prüfmaterial

Entwicklung von Prüfmethoden und -systemen

Die Analyse von Kontaminationen – ob auf Oberflächen, in der Luft oder in Flüssigkeiten – ist heutzutage mit einer Vielzahl von Verfahren und Geräten möglich. Mit zunehmenden Reinheitsanforderungen in den Industrien steigt auch der Anspruch, diesen Reinheitsanforderungen gerecht zu werden. Oft bedarf es Anpassungen oder Neuentwicklung von Prüfmethoden und -systemen individualisiert auf die jeweilige produktspezifische Anwendung. Dabei stehen viele Firmen vor der Frage, was notwendig ist, um die geforderte Produktqualität zu erreichen.

Das Fraunhofer IPA stellt eine große Auswahl an geeigneten Methoden und laboranalytischen Verfahren zur Erfassung verschiedenster Verunreinigungen zur Verfügung.

Wir unterstützen Sie gerne bei der Entwicklung und Optimierung Ihrer individuellen und bauteilangepassten Prüfmethode. Wahlweise kann die Prüfmethode in ein (bestehendes) System integriert werden.

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Normen

Wir führen Analysen standardisiert nach nationalen- und internationalen Normen durch. Die Grafik zeigt einen Auszug der angewandten Normen im Bereich der Analytik von Flüssigkeiten, Gasphasen und Materialien. Weitere Normen sind ebenfalls in Anwendung und können zusätzlich kundenspezifisch implementiert werden.

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Angewandte Normen im Bereich chemischen und biologischen Analytik von Flüssigkeiten, Gasphasen und Materialien