Das Dickicht der chemischen Qualitäten und Spezifikationen

Fast täglich kontaktieren uns Kunden, um Einzelheiten zu Chemikalien in Bezug auf Qualitäten oder Spezifikationen zu erfragen. Der folgende Beitrag soll allen Anwendern von Chemikalien helfen, sich im Dschungel der Qualitäten und Spezifikationen zurechtzufinden und so besser entscheiden zu können, welches Produkt sich am besten für die Reinigung, Synthese, Analyse usw. eignet. Dabei ist es unerheblich, ob Sie Einkäufer, Laborant, Techniker, Laborleiter, Ingenieur oder Chemiker sind.

Beginnen wir also mit einigen allgemeinen Definitionen, damit bei dieser sehr interessanten Reise niemand verloren geht.

Was sind Chemikalien?

Chemikalien sind chemische Stoffe, die industriell oder im Labor hergestellt oder verwendet werden. Dabei kann es sich um reine Stoffe oder Stoffgemische handeln. Ob etwas als Chemikalie bezeichnet wird, hängt jedoch stark vom Kontext ab. Ein gutes Beispiel hierfür ist Natriumchlorid, das auch als Kochsalz bekannt ist. Aus industrieller und labortechnischer Sicht gilt dieser Stoff als Chemikalie, während Natriumchlorid im Supermarkt einfach ein Lebensmittel ist und daher nicht als Chemikalie gilt.

Wie wird die Reinheit einer Chemikalie beschrieben?

In der Chemie gibt die Reinheit von Substanzen im Allgemeinen das Verhältnis einer gewünschten Substanz zur Gesamtmischung der Substanzen an. Dies wird als Massenanteil bezeichnet:

w(x) = m(x)/m(Gesamt)*100%

Hierbei ist w(x) der Massenanteil der Substanz x in Prozent, m(x) ist die Masse der Substanz x in der Gesamtmasse m(Gesamt).

«Natriumchlorid 98 %» bedeutet also, dass in 100 g Gesamtmasse 98 g Natriumchlorid enthalten sind, ohne dabei die 2 g Verunreinigungen weiter zu berücksichtigen.

Was ist eine Spezifikation?

Unter der Spezifikation einer Chemikalie versteht man einen oder mehrere Parameter, die durch Messung mit einem Grenzwert oder Messintervall erfüllt werden müssen.

Solche Spezifikationen sind beispielsweise ein Wassergehalt von weniger als 1 % oder ein Schmelzpunkt im Bereich von 65–68 °C.

Was ist die Qualität bzw. der Reinheitsgrad einer Chemikalie?

Die Qualität bzw. der Reinheitsgrad einer Chemikalie ist eine Kombination aus Reinheit und Spezifikationen, die (in der Regel) für eine bestimmte Anwendung benötigt werden.

In diesem Zusammenhang muss betont werden, dass der Anwender letztendlich dafür verantwortlich ist, die Eignung für den jeweiligen Zweck zu überprüfen. Mit anderen Worten: Selbst wenn ein Produkt für die Gaschromatographie (GC) oder die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) vorgesehen ist, kann es trotzdem für eine bestimmte Analyse ungeeignet sein, da nicht jede potenzielle Verunreinigung berücksichtigt werden kann und wird (wie soll das bei Millionen von Chemikalien möglich sein?).

Ein bekanntes aktuelles Beispiel hierfür ist die Analytik von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS) mittels HPLC-MS/MS. Obwohl für HPLC spezifiziert, gibt es für die meisten HPLC-Lösemittel keine Angaben zum PFAS-Gehalt. Daher müsste jeder Anwender diesen Gehalt selbst bestimmen, um die Eignung des Lösemittels für die PFAS-Analytik (Fitness for Purpose) nachzuweisen. Ansonsten müsste auf einen Hersteller zurückgegriffen werden, der ein geeignetes Lösemittel mit einem niedrigen, spezifizierten PFAS-Gehalt anbietet.

Nachdem diese grundlegenden Begriffe nun hoffentlich hinreichend definiert sind, stellt sich die nächste und vielleicht viel wichtigere Frage:

Sind die Reinheitsgrade, Spezifikationen und Qualitäten verschiedener Hersteller vergleichbar?

Um dies nach «Welcome to the Jungle» (Guns 'n Roses, 1987) mit einem weiteren musikalischen Beispiel zu beantworten: «Definetly maybe» (Oasis, 1984).

Die Spezifikationen in Bezug auf die Reinheit hängen vom Hersteller und vom Material ab. Die Nomenklatur der Qualitäten ist nicht standardisiert und kann daher von einzelnen Herstellern angepasst und/oder erweitert werden. Daher ist ein detaillierter Vergleich der Spezifikationen auf dem Analysenzertifikat und/oder dem technischen Datenblatt der Hersteller immer sinnvoll und sollte eigentlich zum Pflichtprogramm aller Beteiligten gehören. Damit man im Arbeitsalltag nicht wieder zu hören bekommt: «... aber ich habe doch Natriumhydroxid zur Analyse bestellt!». Also, liebe Leserinnen und Leser, hier noch einmal eine nachdrückliche Wiederholung: Die Chemikalie von Hersteller 1 und Hersteller 2 kann bei gleicher Qualität unterschiedliche Spezifikationen aufweisen, was sich in der Regel in unterschiedlichen Massenanteilen an Verunreinigungen (im Kleingedruckten auf dem Zertifikat) zeigt.

Dennoch lässt sich grundsätzlich zwischen sechs Reinheitsgraden oder Qualitätsbezeichnungen unterscheiden:

1. Technische Qualität/technisch

Chemikalien mit technischem Reinheitsgrad sind Produkte, die noch einige Verunreinigungen enthalten, aber ausschliesslich für technische Zwecke verwendet werden. Dies liegt hauptsächlich daran, dass der Reinheitsgrad der entsprechenden Stoffe variiert. Diese Chemikalien werden als «technisch» gekennzeichnet. Sie werden hauptsächlich als Reinigungsmittel in Laboren oder in der Industrie eingesetzt.

Hier noch eine persönliche Empfehlung des Autors: Bitte reinigen Sie Ihr Labor für die Ultraspurenanalytik nicht mit technischen Produkten. Sie können davon ausgehen, dass Sie Ihr Labor in diesem Fall eher kontaminieren als reinigen. Wahrscheinlich erhöhen Sie durch einen solchen «Reinigungsprozess» lediglich den Leerwert der gewünschten Analyse.

2. Zur Synthese

Synthesechemikalien enthalten fast immer geringe Mengen an Verunreinigungen. Diese haben jedoch in der Regel keine negativen Auswirkungen auf die Synthesen, da das Endprodukt der Synthese gereinigt wird. Dadurch werden auch die Verunreinigungen von den Ausgangsstoffen getrennt.

Ein weiterer Tipp des Autors: Wenn Sie hydrolyse-sensitive Produkte synthetisieren, wählen Sie einfach vorgetrocknete Lösungsmittel/Reagenzien. Durch die optimierten Spezifikationen für diesen Anwendungszweck sparen Sie viel Zeit und Energie, die Sie sonst für die Trocknung aufwenden müssten.

3. Rein (auch purum)

Der Mindestgehalt an chemisch reinen Produkten beträgt 97 %. Chemikalien dieser Qualität eignen sich daher zur Synthese. Sie werden aber auch für Laborzwecke verwendet.

4. Reinst (auch purissimum)

Chemikalien mit höchster Reinheit werden als «reinst» bezeichnet. Der Gehalt liegt hier bei mindestens 99 %. Die verbleibenden Verunreinigungen sind sehr gering. Die Produkte können daher für viele gängige Analysen verwendet werden. Sie können aber natürlich auch für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine geringere Qualität ausreicht.

5. Zur Analyse (oder «pro analysi»)

Mit «zur Analyse» gekennzeichnete Stoffe sind so rein, dass sie für analytische Verfahren verwendet werden können. Der Mindestgehalt beträgt 99 %. Der maximal zulässige Gehalt an Verunreinigungen wird ebenfalls direkt auf dem Analysenzertifikat angegeben (siehe Beispiel unten). Dies bedeutet, dass bei der Analyse alle Verunreinigungen berücksichtigt und falsche Ergebnisse vermieden werden können. Darin besteht auch der Hauptunterschied zur Qualität «reinst». Bei dieser Qualität wird der maximal zulässige Gehalt an Verunreinigungen nicht angegeben.

Analysenzertifikat für Aceton von ITW Reagents, Produkte der Marke PanReac AppliChem, siehe auch www.itwreagents.com

6. Ultrarein

Ultrareine Produkte sind für ganz bestimmte Anwendungen ausgelegt. Dazu gehören beispielsweise die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), die Gaschromatographie (GC) oder die Spuren- bzw. Ultraspurenanalyse (µg/g, ng/g und pg/g bzw. µg/ml, ng/ml und pg/ml, oft fälschlicherweise mit ppm, ppb und ppt angegeben). Die Spezifikationen für Chemikalien in ultrareiner Qualität sind sehr eng gefasst. Die zulässigen Höchstwerte vieler Verunreinigungen sind auf dem entsprechenden Analysenzertifikat angegeben. Die Dokumentation für solche Produkte umfasst häufig mehrere Seiten.

Fortsetzung folgt..

Teil 2

Dieser Blogeintrag wurde von Jens Boertz, AppliChem, Februar 2025, zur Verfügung gestellt.