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Organisationseinheit der BAM
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Referenzmaterialien sind entscheidend für die Qualitätssicherung von Laboratorien. Diese nutzen Referenzmaterialien unter anderem zur Validierung von Messverfahren und zur Kalibrierung von Geräten. Dabei ist zu beachten, dass zertifizierte Merkmalswerte stets eine gewisse Unsicherheit aufweisen. Die Ermittlung dieser Unsicherheitsbeiträge ist Gegenstand des Artikels. Des Weiteren wird ein Vorgehen beschrieben, wie die Unsicherheit von Messverfahren mit Hilfe eines Referenzmaterials bestimmt werden kann.
Trialkoxysilane haben sich in den vergangenen Jahren als vielseitig einsetzbare Organosilane erwiesen. Die Einsatzgebiete erstrecken sich vom Witterungsschutz von Bauwerken über haftvermittelnde Eigenschaften in der Glasfaserindustrie, bei Dicht- und Klebstoffen, in Farben und Lacken bis hin zur Modifizierung von polymeren Werkstoffen.
Kommerzielle Benchtop-NMR-Spektrometer haben das Potential auch im Bereich der Silanchemie als Online-Methode zur Reaktionsüberwachung und für die Qualitätskontrolle eingesetzt zu werden. Interessante NMR-Kerne für die oben genanntem Produkte sind 1H und 29Si. In einer gemeinsamen Forschungskooperation zwischen EVONIK und BAM wurde anhand verschiedener Fallstudien die Anwendbarkeit der Niederfeld-NMR-Spektroskopie zur chemischen Analyse von Silanen evaluiert. Im Zuge der Fallstudien wurde gezeigt, wie Niederfeld-NMR-Spektroskopie die Möglichkeiten der Konzentrationsmessung auf neue Anwendungsgebiete erweitert, in denen bestehende Technologien wie z. B. NIR, Raman, UV/VIS, etc. mangels Referenzdaten nicht quantitativ eingesetzt werden können.
Fallstudie 1: Oligomerisierung
Eine Fallstudie setzte dazu an, den Hydrolyse- und Kondensationsverlauf mit einer geeigneten Online-NMR-Analytik zu beobachten, den Reaktionsfortschritt der Hydrolyse und Kondensation auf dieser Basis besser zu verstehen und zu optimieren. Zu diesem Zweck werden durch Zugabe von Wasser zunächst die Alkoxysubstituenten eines Trialkoxysilans hydrolysiert und entsprechende Silanole gebildet. Diese können dann über eine SiOH-Funktion an den zu modifizierenden Werkstoff anbinden und über weitere Silanolgruppen unter Ausbildung von Siloxaneinheiten vernetzen.
Fallstudie 2: Spaltung von cyclischen Silanverbindungen
In einer weiteren Fallstudie wurde die Kinetik der Aufspaltungen einer cyclischen Silanverbindung untersucht. Die Online-NMR-Analytik kam hierbei sowohl im Labor als auch in der industriellen Produktionsanlage zum Einsatz. Hierfür wurde eine vollständig automatisierte Einhausung verwendet, welche den Einsatz eines kommerziellen NMR-Spektrometers in explosionsgeschützten Bereichen ermöglicht.
Fallstudie 3: Qualitätskontrolle für Produktmischungen von Trialkoxysilanen
Für Produktmischungen eines Trialkoxysilans und weiteren Bestandteilen wie u. a. org. Stabilisatoren, Organozinnverbindungen, eines aromatischen Amins und org. Peroxide wurden quantitative 1H-Spektren akquiriert und eine automatische Auswertungsmethode basierend auf Indirect Hard Modeling (IHM) entwickelt. Für die Nebenkomponenten, deren Stoffmengenanteile bis zu 3 Mol-% betragen, wurden durch die zugrunde gelegte Methode typischerweise korrekte experimentelle Stoffmengenanteile gefunden, die weniger als 0,2 Mol-% vom Referenzwert abweichen.
Mit Hilfe des KorroPad-Prüfverfahrens konnten verschiedene umgebungs- sowie prozessbedingte Einflüsse in Parameterstudien gezielt untersucht werden. So konnte der negative Einfluss von korundbasierten Schleifmitteln auf die Passivschichtausbildung nachgewiesen werden. Weiterhin konnte mittels KorroPad die Wirksamkeit verschiedener Oberflächenbearbeitungsverfahren bei der Schweißnahtnachbearbeitung untersucht und daraus Erkenntnisse für die Prozessoptimierung gewonnen werden. In den hier gezeigten Untersuchungen hat sich das KorroPad-Prüfverfahren für die Beschreibung der Passivschichtstabilität als hervorragend geeignet erwiesen.
N-Hydroxysuccinimide (NHS) esters are the most important activated esters used in many different bioconjugation techniques, such as protein labelling by fluorescent dyes and enzymes, surface activation of chromatographic supports, microbeads, nanoparticles, and microarray slides, and also in the chemical synthesis of peptides. Usually, reactions with NHS esters are very reliable and of high yield, however, the compounds are sensitive to air moisture and water traces in solvents. Therefore, the quantification of NHS would be a very helpful approach to identify reagent impurities or degradation of stored NHS esters. No robust and sensitive method for the detection of NHS (or the more hydrophilic sulfo-NHS) has been reported yet. Here, a chromatographic method based on HILIC conditions and UV detection is presented, reaching a detection limit of about 1 mg L-1, which should be sensitive enough for most of the applications mentioned above. Exemplarily, the hydrolytic degradation of a biotin-NHS ester and a purity check of a fluorescent dye NHS ester are shown. An important advantage of this approach is its universality, since not the structurally variable ester compound is monitored, but the constant degradation product NHS or sulfo-NHS, which avoids the necessity to optimize the separation conditions and facilitates calibration considerably.
Die grundsätzliche Eignung des Verfahrens zur Beurteilung der Passivschichtstabilität konnte mit den vorliegenden Untersuchungen nachgewiesen werden und Grenzen der Anwendbarkeit aufgezeigt werden. Es sind verschiedene Einflüsse in Parameterstudien gezielt untersucht und mit bekannten Methoden zur Beschreibung der Korrosionsbeständigkeit verifiziert worden. Das KorroPad-Prüfverfahren wirkt vorrangig oberflächenspezifisch und eignet sich zur vergleichenden Prüfung von nichtrostenden Stahloberflächen hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit. Der Feuchtlagerung frisch bearbeiteter Oberflächen vor einer KorroPad-Prüfung kommt dabei eine große Bedeutung zu, um eine sichere Differenzierung von korrosionsanfälligen und -beständigen Oberflächen zu gewährleisten.
Mit den vorliegenden Untersuchungen konnte die grundsätzliche Eignung des Verfahrens zur Beurteilung der Passivschichtstabilität nachgewiesen und Grenzen der Anwendbarkeit aufgezeigt werden. Es sind verschiedene Einflüsse in Parameterstudien gezielt untersucht und mit bekannten Methoden zur Beschreibung der Korrosionsbeständigkeit verifiziert worden. Das KorroPad Prüfverfahren wirkt vorrangig oberflächenspezifisch und eignet sich in einem Temperaturbereich von +5 bis +50 °C zur vergleichenden Prüfung von nichtrostenden Stahloberflächen hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit. Der Feuchtlagerung frisch bearbeiteter Oberflächen vor einer KorroPad-Prüfung kommt dabei eine große Bedeutung zu, um eine sichere Differenzierung von korrosionsanfälligen und -beständigen Oberflächen zu gewährleisten.
Bei der Qualitätsbewertung von Schneidwaren aus nichtrostenden martensitischen Chrom-Stählen stellt die Überprüfung der Korrosionsbeständigkeit ein wichtiges Kriterium dar. Allgemein üblich sind Wechseltauchversuche mit relativ hohem zeitlichem und auswertungsbedingtem Aufwand, die noch dazu zerstörend sind und teilweise fragwürdige Ergebnisse liefern. In den letzten Jahren wurden neue Ansatze der Prüfung geschaffen, die eine nahezu zerstörungsfreie Kurzzeit-Korrosionsprüfung erlauben. Es wird gezeigt, dass mit dem elektrochemischen Rauschen sehr empfindlich Einflüsse des Härtens und der Oberflächenbehandlung auf die Korrosionsbeständigkeit nachgewiesen werden können, wodurch eine schnelle und objektive Qualitätsbewertung innerhalb des Fertigungsprozesses und der Endkontrolle von Produkten möglich ist. Das für die Prüfmethodik ausgenutzte Phänomen des elektrochemischen Rauschens zielt darauf ab, den Beginn der Korrosion empfindlich und schnell zu detektieren, ohne die Prüfbedingungen maßlos zu verschärfen und Produkte damit zu zerstören. Neben der Funktionalität der Prüfung stehen aber auch die Anwenderfreundlichkeit und somit die Akzeptanz bei den Herstellern im Vordergrund. Aus diesem Grund wurde zusätzlich ein Indikatortest (KorroPad) als praxistaugliche Alternative zum elektrochemischen Rauschen angewendet. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung beider Methoden und ermöglichen eine effektive betriebliche Qualitätsüberwachung von Schneidwaren.