Die Bedeutung von Wasser im Laboralltag

Wasser ist das am häufigsten verwendeten Lösungsmittel für allgemeine, kritische und biowissenschaftliche Anwendungen in allen Laboren. Beispielsweise wird Wasser für die Zubereitung von Medien, Puffern oder die Verdünnung von Proben verwendet. Ebenfalls findet es in unkritischen Standardanwendungen wie dem Heizen, Kühlen, Reinigen oder Spülen von Glasgeräten Anwendung.

Auf die Qualität kommt es an

Die eingesetzte Wasserqualität ist enorm wichtig, da Verunreinigungen und Schadstoffe Experimente und Arbeitsabläufe erheblich beeinträchtigen können. Je nach Anwendung sind bestimmte Wasserqualitäten notwendig. Die Spezifikationen für diese Wasserqualitäten sind durch die Menge der Verunreinigungen definiert und beziehen sich auf die Industriestandards, wie sie beispielsweise von der American Society for Testing and Materials (ASTM) veröffentlicht werden.

Hier wird zwischen drei Reinheitsgraden unterschieden:  Typ III, Typ II und Typ I-Wasser. Wobei der Grad der Verunreinigung von Typ III zu Typ I abnimmt und bei Typ I-Wasser nahezu null beträgt. Die Verunreinigungen können sowohl organischer (Bakterien, Viren, DNA’sen, RNA’sen) als auch anorganischer (Salze z.B. Sulfate oder Carbonate, Metalloxide) Natur sein.

Mit Hilfe von Aufbereitungssystemen wird aus Trinkwasser die gewünschte Wasserqualität hergestellt. Diese Systeme nutzen unter anderem das Prinzip der Umkehrosmose, der UV-Strahlung, der Corssflowfiltration oder der Aktivkohle-Adsorption, um dem Trinkwasser die unerwünschten Verunreinigungen zu entziehen.

Übersicht der Wasser-Qualitätsstandards

Je nach erforderter Reinheit des Wassers werden verschiedene Wasser-Qualitätsstandards definiert:

Typ III – wird häufig auch als „Umkehrosmose Wasser” bzw. „RO-Wasser“ bezeichnet.

Diese Wasserqualität ist für unkritische Anwendungen vorgesehen. Dies ist zum Beispiel beim Waschen von Glasgefäßen, Wasserbädern oder Autoklaven, sowie Klimakammern und Pflanzenzuchträumen der Fall. Zusätzlich können diese Systeme auch zur Speisung von Typ-I-Wassersystemen verwendet werden.

Typ II – auch als „Laborwasser“ oder „DI-Wasser“ bekannt.

Dieser Typ ist für allgemeine Laboranwendungen geeignet, die einen höheren Grad an anorganischer Reinheit erfordern.

Typ I – wird oft auch als „Reinstwasser“ genannt.

Reinstwasser wird für Anwendungen benötigt, bei denen der Reinheitsgrad am kritischsten ist. Dieser spielt eine wichtige Rolle für die Vorbereitung der mobilen Phase einer Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) oder der Probenverdünnungen. Reinstwasser ist ein extrem stark bereinigtes Wasser.

Darüber hinaus benötigt man Reinstwasser für wichtige analytische Anwendungen wie Gaschromatographie (GC), Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) und ICP-MS (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry, auf Deutsch: Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma). Des Weiteren wird das ASTM Typ-1-Wasser auch für molekularbiologische Anwendungen wie beispielsweise bei  Säugetierzellkulturen oder In-vitro-Fertilisation (IVF) benötigt.

Typ I-Wasser bei der Chromatographie

Eines der häufigsten Einsatzgebiete für ASTM Typ I-Wasser im Labor ist die Chromatographie. Eine weit verbreitete Anwendung in diesem Bereich stellt die HPLC dar. Sie ist ein analytisches Chromatographieverfahren, welches auf Wasser zur Trennung, Identifizierung und Quantifizierung verschiedener Substanzen angewiesen ist.

Die Qualität des eingesetzten Reinstwassers ist entscheidend für reproduzierbare und verlässliche Ergebnisse, da vorhandene Spurenverunreinigungen während der Gradientenelution in der HPLC zu so genannten „ghost peaks“ und „Hintergrundrauschen“ führen kann.

Um dies zu vermeiden, müssen Elutionsmittel mit sehr hoher physikalischer und chemischer Reinheit verwenden werden. Zudem sollten keine suspendierten mechanischen Partikel oder gelöste Substanzen enthalten sein. Andernfalls führt dies zu einer Degradation der HPLC-Säule, worauf sich die Laufzeit der Proben durch die Säule verändern und letztlich falsche Ergebnisse resultieren.

Wenn Wasser als Elutionsmittel eingesetzt wird, muss es frei von Mikroorganismen sein. Betrachtet man die ASTM-Normen für deionisiertes und destilliertes Wasser, stellt man fest, dass diese beiden immer noch erhebliche Mengen an organischen Substanzen enthalten, welche die Ergebnisse in negativer Weise beeinflussen. Daher ist es wichtig, frisch produziertes Reinstwasser zu verwenden, weil sie von den genannten organischen Substanzen nahezu gänzlich befreit sind.

Reinstwassersysteme – die effiziente Wasseraufbereitung

Um herkömmliches Wasser von seinen natürlichen Mineral- und Fremdstoffen zu reinigen, können Wasseraufbereitungssysteme genutzt werden. Die sogenannten Reinstwassersysteme sind so konzipiert, dass sie kontinuierlich Reinstwasser mit gleichbleibend hoher Qualität produzieren. Dabei ermöglichen sie die Herstellung von hochreinen Eluenten wie zum Beispiel für die HPLC-Analyse.

In unserem Programm führen wir Reinstwassersysteme von Sartorius. Das Reinstwassersystem Arium® Pro VF verfügt unter anderem über ein eingebautes Ultrafiltrationsmodul, das im Crossflow-Modus eingesetzt wird, um ungeladene organische Bestandteile zurückzuhalten, welche durch vorherige Reinigungsschritte nicht vollständig entfernt wurden.

Reinstwassersysteme bieten eine kostengünstige Alternative zu kommerziellen, in Flaschen abgefüllten Reinstwasser. Dadurch können Kreuzkontaminationen und Qualitätseinbußen vermieden werden. Zudem kann das produzierte Wasser sofort weiterverwendet werden und weist keine langen Standzeiten auf.

Fazit

Reinstwasser ist besonders gereinigtes Wasser, welches in der chemischen Analytik oder medizinischen Anwendung kommt. Es gehört  zu den wichtigsten Reinigungs- und Lösungsmitteln für zahlreiche analytische und industrielle Anwendungen. Die Anforderungen an Reinstwasser sind hoch, sodass verschiedene Institutionen Wasserqualitäts-Richtlinien entwickelt haben.

Für die richtige Aufbereitung von Reinstwasser stellen Reinstwassersysteme eine effiziente Alternative dar, welche die organische Reinheit ständig kontrollieren und somit reproduzierbare Ergebnisse bzw. eine reproduzierbar hohe Produktqualität gewährleisten.

Weitere Informationen:

Dieser Beitrag entstand mit freundlicher Unterstützung von Thorsten Lampe (Regional Business Manager Lab Water) der Firma Sartorius..