Definition Reinraum

In einem Reinraum (engl. clean room oder auch cleanroom) hält man die Partikel-Kontamination unter bestimmten Werten. Rein- und Reinsträume werden für spezielle Fertigungsverfahren, vor allem in der Halbleiterfertigung benötigt, um die Strukturierung integrierter Schaltkreise im Bereich von Bruchteilen eines Mikrometers nicht zu stören. In Reinräumen für die Fotolithografie wird oft auch gelbe Beleuchtung eingesetzt, um eine unbeabsichtigte Belichtung der Fotoresist-Schichten zu vermeiden. Solche Zimmer heißen daher auch Gelbraum. Auch in der Optik- und Lasertechnologie, den Biowissenschaften und der medizinischen Forschung und Behandlung (Life Sciences); ebenso bei der Fertigung von Lebensmitteln und Raumfahrzeugen müssen hohe Reinheitsanforderungen eingehalten werden, die Reinräume erfordern.

Geschichte des Reinraums

Vermutlich hatte die Medizin zuerst die Notwendigkeit einer kontrollierten Umgebung erkannt und den klassischen Operationssaal in Krankenhäusern entwickelt. Früher gab es branchentypisch angepasste und regional unterschiedliche Forderungen und Standards für Reinräume, die mittlerweile der einheitliche Standard ISO 14644 ablöste.
Der Grundstein für die Entwicklung von Reinraumtechnik wurde Mitte der sechziger Jahre in den USA gelegt, als das Prinzip der turbulenzarmen Verdrängungsströmung (Laminar Flow) eingeführt wurde.

Das Laminar Flow Prinzip

In Reinräumen werden spezielle Prinzipien der Reinraumtechnik angewandt. Die verwendeten Verfahren und Anlagenarten der Klimatechnik sollen sicherstellen, dass Verunreinigungen sofort aus der Luft entfernt werden. Dazu wird eine turbulenzarme Verdrängungsströmung (Laminarströmung, engl. laminar flow) genutzt. Zusammen mit einer (in der Regel mehrstufigen) Filterung und großem Luftdurchsatz soll die Reinheit der Luft sichergestellt werden.
Die Umgebungsluft wird mittels Radialventilator angesaugt und durch den Filter und Laminarisator gepresst. Dadurch wird ein laminarer Luftstrom erzeugt, d. h. die nach unten strömende Luft fließt in parallelen Stromlinien. Partikel werden vom parallelen Luftstrom erfasst und aus der Box befördert. Die Luft kann durch den Lochblechboden der Box austreten.
Da in der Regel der Mensch die größte Quelle für Partikel und andere Verschmutzungen ist, helfen eine angepasste Arbeitskleidung, spezielle Arbeitsmittel und Werkzeuge, sowie die entsprechende Arbeitstechnik, die spezifizierte Reinraumklasse einzuhalten. So gibt es z.B. spezielles fusselfreies Reinraumpapier, Arbeitskleidung, Kopfhauben und Überzieher für die Schuhe.

Spetec Laminar Flow Geräte

Funktionsweise eines Reinraums

Für Reinsträume, wie sie in der Mikroelektronik Verwendung finden, gibt es mehrere hierarchische Bereiche mit entsprechender Reinraumklasse. So umgibt den Reinstraum (Klasse 10 und besser), in dem mit Substraten hantiert wird, ein abgetrennter Bereich mit den benötigten Anlagen zur Beschichtung und Strukturierung. Benötigte Pumpen für die Vakuumtechnik befinden sich meist in einem darunterliegenden Stockwerk.
Der Reinsträumenzugang erfolgt meist über eine Folge verschiedener Reinraumbereiche mit fallender Reinraumklasse. Zwischen diesen Bereichen erfolgt in der Regel ein Kleidungswechsel. Um Verschmutzungen von Gegenständen, die mit dem Fußboden in Berührung kommen (z.B. Schuhsohlen), zu minimieren, befinden sich an den jeweilgen Zugängen spezielle klebrige Fußmatten. Der Zugang zum Reinstraum selbst folgt zusätzlich über Personal- und Materialschleusen, in denen wiederum starke Luftströmungen und Filtersyteme vorhandene Partikel aufwirbeln und absaugen, so dass keine zusätzliche Verunreinigung von außerhalb eingetragen wird. In einigen Reinräumen wie Operationssäalen müssen sich die Mitarbeiter und Besucher vorher einer Reinigung unterziehen oder zumindest Schutzkleidung anlegen.

Materialien, die in Reinräumen eingesetzten werden, müssen über abriebfeste Oberflächen verfügen. Aufgestellte Anlagen und Geräte dürfen die laminaren Luftströmung nur minimal stören. Teile und Maschinen, die in den Reinraum gebracht werden sollen, müssen vorher gereinigt werden. Ein Reinraum wird im Regelfall mit Überdruck (Überdruckbelüftung) beaufschlagt. In Sonderfällen werden Reinräume auch mit Unterdruck betrieben, was verhindert, dass z.B. gefährliche Substanzen oder Krankheitserreger nach außen dringen können.
Auch sogenannte Laminar-Flow-Einheiten können bedingt staub- und partikelarme Arbeitsplätze schaffen, in denen ein gereinigter, vertikaler oder horizontaler Luftstrom sowie Vorhänge dafür sorgen, dass die Partikelkonzentrationen in der Luft und damit die Partikelablagerungen auf dem Produkt reduziert werden.

Strömungsprinzipien für Reinräume

Es wird grundsätzlich zwischen einer turbulenten Verdünnungsströmung und einer turbulenzarmen Verdrängungsströmung unterschieden:
Bei der turbulenten Verdünnungs- oder Mischströmung wird die gefilterte Reinluft turbulent (verwirbelnd) in den Reinraum eingeführt und erzeugt eine stetige Verdünnung der Partikelkonzentration. Die geforderte Reinraumklasse wird dann bei Reinraum gerechtem Verhalten des Personals aufrechterhalten. Hier ist besonders darauf zu achten, dass Partikel erzeugende Objekte und Vorgänge im Reinraum minimiert werden.

Bei der turbulenzarmen Verdrängungsströmung, die auch Laminarströmung (engl. laminar flow) genannt wird, strömt die Reinluft turbulenzarm und in der Regel vertikal in den Reinraum und bewirkt, dass die sensiblen Arbeitsbereiche und Maschinen möglichst gering kontaminiert werden. Die Luft entweicht dann auf der gegenüberliegenden Fläche, in der Regel durch den perforierten Doppelboden, aus dem Raum und wird zur wiederholten Filterung zum Umluftgerät zurück geführt.

Reinraumklassen

Ein Reinraum ist ein Raum, in dem die Konzentration luftgetragener Teilchen geregelt wird, der so konstruiert ist und verwendet wird, dass die Anzahl der in den Raum eingeschleppten bzw. im Raum entstehenden und abgelagerten Partikel kleinstmöglich ist und andere Parameter wie Temperatur, Feuchte, Druck nach Bedarf geregelt werden.
Um einen Reinraum betreiben zu können müssen nach dem Bau und während des Betriebs Partikelmessungen durchgeführt werden. Aufgrund dieser Messungen kann eine Klassifizierung der Reinheit des Raumes nach einer Norm vollzogen werden.
Beispielsweise dürfen bei Klasse 100 (ISO 4) max. 100 Partikeln von max. 0,5 µm Durchmesser pro Kubikfuß (3,5 Partikeln pro Liter) enthalten sein.

Prinzip der Peristaltik bzw. Wirkungsweise der peristaltischen Pumpen

Peristaltische Pumpen werden auch Schlauchpumpen genannt, weil prinzipiell ein Schlauch verformt wird, damit ein Ansaugeffekt entsteht. Oft vergleicht man diese Arbeitsweise mit derjenigen der menschlichen Speiseröhre. Das Wort “Peristaltik“ entstammt dem Griechischen; die Kontraktionswelle des Darmes wird so bezeichnet. Die Aufgabe peristaltischer Pumpen ist die Flüssigkeitsförderung in eine vorgegebene Richtung. Dieser Vorgang basiert auf alternierendem Druck und Entlastung des Schlauches, wodurch die zu transportierende Flüssigkeit in den Schlauch gesogen wird. Ein Schuh oder eine Rolle läuft entlang des Schlauches und drückt ihn komplett zusammen. So entsteht eine Abdichtung zwischen der Ansaug- und Austrittsseite der Pumpe, wodurch auch ein Flüssigkeitsverlust verhindert wird. Wenn der Schlauch in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, bildet sich ein Vakuum, das die Flüssigkeit in die Pumpe fördert. Aufgrund dieser Pumpwirkung eignen sich peristaltische Pumpen für hochpräzise Dosierungen und kontinuierliche Förderung. Das Fördermedium kommt nicht mit beweglichen Teilen in Berührung; es befindet sich in dem Schlauch, der entsprechend auszuwählen und zu erneuern ist. Je nach Typ der Peristaltikpumpe kann sie mit 1-6 Kanälen bestückt sein. Die Anzahl der Rollen ist ein Kriterium für die pulsationsarme, kontinuierliche Förderung. In Abhängigkeit von der Größe des Pumpenkopfes und des Schlauches sind mit peristaltischen Pumpen Fördermengen von dem µL/min bis hin zum L/min-Bereich möglich.

IC-Plasma Prinzip

Für die praktische Anwendung des Plasmas interessiert besonders die Tatsache, dass hohe Temperaturen eine zerstörende Wirkung besitzen, die zur thermischen Ionisation führen. Dieser Effekt wird im IC-Plasma (Inductively Coupled Plasma) wie folgt ausgenutzt:
Ein Gas, im Fall des ICP ist es Argon, wird durch ein strömungsspezifisches Quarzrohrsystem geleitet, an dessen Ende eine hohe H. F. Leistung anliegt. Nach kurzzeitiger Zündung und Ionisation des Gases entsteht ein homogenes Plasma mit hoher thermischer Intensität. Über ein Trägergas werden feinst zerstäubte Lösungspartikel in den heißen Plasmakern (annulares Plasma) eingeleitet, die durch die Verweilzeit der Elementpartikel im Plasma atomisiert bzw. ionisiert werden. Diese bewirken eine Elementemission, die mit spektrographischen und spektrometrischen Systemen qualitativ und quantitativ erfasst werden kann.

ICP Emissionsanregung

Grundsätzlich besteht jede ICP-Anregung aus einem H. F. Generator mit Induktionsspule, Plasmabrenner, Zerstäuberkammer, Zerstäuber und einer entsprechenden Gasversorgung. Darüber hinaus noch andere wesentliche Gesichtspunkte für ein leistungsfähiges IC-Plasma zu beachten, zum Beispiel die tatsächliche Höhe der H. F. Leistung an der Induktionsspule sowie der Einsatz eines „kühleren“ Gases als Kühlungsmantel. Weitere Faktoren sind die mechanische Flexibilität der gesamten Brennereinheit (x-y-z-Justierung) zur Adaption an externe optische Systeme, der Einsatz des Ar bzw. Ar/Ar und Ar/N₂ Brenners, Benutzung unterschiedlicher Zerstäubertypen (concentric Glas and concentric Platin, Ultraschall etc.), die Anwendung einer peristaltischen Pumpe sowie Präzisionsnadelventile und Durchflussmesser für Plasma-, Kühl- und Trägergas.

ICP Sequenz Emissionsspektrometer

Hierbei handelt es sich um ein komplettes Analysensystem, bei dem die Messung der Elementbestandteile sequentiell, das heißt hintereinander oder registrierend, erfolgt. Wichtigster Bestandteil ist wiederum die ICP Anregungseinheit, die mit einem Spektralphotometer mit hochauflösenden Monochromator, dynamischer Messwertausgabe, Linienschreiber und Zeilendrucker kombiniert ist. Das Einsatzgebiet ist die Spurenanalyse von Elementen in Lösung, ähnlich wie bei der AAS, jedoch ohne Hohlkathodenlampen, Lachgas, Acetylen und Grafitrohrküvette und ohne Einschränkungen der Aufgabenstellung. Das quantitative Ergebnis wird als Intensitäts- oder Integrationswert ermittelt und kann jederzeit in %-Konzentration ausgedruckt werden. Aufgrund der kontinuierlichen Plasmaemission ist die Möglichkeit zur qualitativen Spektralanalyse gegeben, die über einen Linienschreiber und dem synchron laufenden automatischen Wellenlängenvorschub erfolgt. Damit bietet das ICP Sequenz Spektrometer ein Höchstmaß an Flexibilität sowohl für das Forschungs- als auch für das Routinelabor.

ICP Multi-Element Emissionsspektrometer

Das simultane Multi-Element Spektrometer stellt ein analytisches System dar, mit dem eine Vielzahl von Elementen aus einer Lösung gleichzeitig und quantitativ innerhalb von 10 – 30 Sekunden erfasst werden kann. Der Einsatz dieses Systems in chemisch-analytischen Laboratorien mit einem großen Probendurchsatz bedeutet in jedem Falle eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit.
Eine grundsätzliche technische Voraussetzung für die Multi-Element Analyse ist die simultane Erfassung und Verarbeitung der einzelnen Elementkanäle, zum Beispiel auf einem Bildschirm. Damit sind Untergrund, Integration und Konzentration sofort überschaubar und können je nach Beurteilung weiterverarbeitet oder per elektronischer Schreibmaschine dokumentiert werden. Gute Dispersion, hohe Auflösung, ein breiter Spektralbereich sowie Prozesssteuerung mit Datenverarbeitung sind weitere selbstverständliche Spezifikationen. In jeder Hinsicht bildet auch hier die ICP Anregung das Kernstück der Anlage.

Pumpenschläuche und ihre Farbcodierung

Die Farbcodierung der Spetec Pumpenschläuche ergibt sich aus den Werten des jeweilig benötigten Schlauch-Innendurchmessers. Ursprünglich werden diese Pumpenschläuche für Analysen mit ICP Geräten benötigt und dabei zur Förderung von Flüssigkeiten verwendet. Je nachdem welche Mengen transportiert werden sollen muss der Schlauch den passenden Innendurchmesser besitzen. Dadurch ergeben sich noch weitere Anwendungsfelder, wie bspw. für andere Analysegeräte in der Medizintechnik oder Chemietechnik.

Als Beispiel kann dieser Tabelle die Farbcodierung von Pumpenschläuchen entnommen werden:

Pumpenschläuche und ihre vielseitige Anwendung

Agilent 5100 ICP-OES ICP-OES-Spektrometer
Agilent 5110 ICP-OES ICP-OES-Spektrometer
Agilent 7700 ICP-MS-Spektrometer
Agilent 7800 ICP-MS-Spektrometer
Agilent 7900 ICP-MS-Spektrometer
Agilent 8800 Triple Quadrupole ICP-MS-Spektrometer
Agilent 8900 Triple Quadrupole ICP-MS-Spektrometer
Analytik Jena Plasma Quant PQ 9000 ICP-OES-Spektrometer
Analytik Jena Plasma Quant PQ 9000 Elite ICP-OES-Spektrometer
Analytik Jena Plasma Quant MS Elite ICP-MS Spektrometer
Horiba Ultima Expert ICP-OES-Spektrometer
Horiba Neo ICP-OES-Spektrometer
Perkin Elmer Optima 8000 ICP-OES Spectrometer 
Perkin Elmer Optima 8300 ICP-OES Spectrometer
Perkin Elmer NexION 350 ICP-MS Spectrometer
Perkin Elmer Optima 7300 ICP-OES Spectrometer
Shimadzu ICPMS-2030 ICP-MS Spektrometer
Spectro MS ICP-MS Spektrometer 
Spectro ARCOS ICP-OES-Spektrometer
Spectro GENESIS ICP-OES-Spektrometer  
Spectro SPECTROBLUE ICP-OES-Spektrometer
Thermo XSeries 2 ICP MS
Thermo iCAP 7000 SERIES ICP-OES-Spektrometer
Thermo iCAP 7200 ICP-OES-Spektrometer
Thermo iCAP 7400 ICP-OES-Spektrometer
Thermo iCAP 7600 ICP-OES-Spektrometer
Thermo Neptune Plus ICP-MS Spektrometer
Thermo iCAP-Q ICP-MS Spektrometer


Wozu werden Spetec Pumpenschläuche noch benötigt?

Die Anwendung unserer Schläuche ist breit gefächert. Wir konfektionieren Ihnen die Schläuche nach Ihren Erfordernissen.
Gerne bieten wir Ihnen Sonderschläuche nach Ihren technischen Spezifikationen an.
Die Schläuche in unterschiedlichen Längen werden u.a. für folgende Bereiche benötigt:

-       Medizintechnik
-       Biologie
-       Analytik
-       Chemietechnik
-       Produktion

Übermitteln Sie uns ihre Anforderungen, wir stellen Ihnen ein unverbindliches Angebot zusammen!
Sie erreichen uns über unser Kontaktformular oder unter 08122/95909-0.

TCT-Prinzip

Inorganic Ventures füllt – wie fast alle anderen Hersteller auch – die flüssigen zertifizierter Referenzmaterialien (ZRMs) in Polyethylenflaschen ab, weil diese im Gegensatz zu Glasflaschen oder Ampullen innen reinere Oberflächen aufweisen und gegenüber sauren oder alkalischen Lösungen stabiler sind.

Die Haltbarkeit eines Standards innerhalb eines Behälters ist größtenteils abhängig von der Transpiration. Transpiration bedeutet, dass Wasser über die Behälterwände oder über die Behälteröffnung nach außen hin verdampft.

Nun hat Inorganic Ventures als erster ZRM-Hersteller nach eingehenden Untersuchungen festgestellt, dass ein Verdunsten von Wasserdampf aus den geschlossenen Polyethylenflaschen bei Versand und Lagerung zu einer geringen Konzentrationserhöhung führen kann.

Um weiterhin Flaschen aus Hochdruckpolyethylen mit geringer Dichte (LDPE) benutzen zu können, wurde als zusätzliche Verpackung ein innen aluminiumbeschichteter Beutel entwickelt. Damit wird eine Verdunstung des wässrigen Mediums solange verhindert, bis der TCT-Beutel geöffnet wird.

Spetec liefert seit dem 1. Januar 2015 Standards in diesem sogenannten TCT Beutel. TCT steht für „Transpiration Control Technology“.

Für den Anwender bedeutet dies, dass das angegebene Haltbarkeitsdatum erst nach Öffnen des TCT Beutels gerechnet wird, welches normalerweise bereits mit Herstellung des Standards abzulaufen beginnt. Der Kunde kann den Standard bis zu drei Jahren selbst einlagern, bevor die Frist der Haltbarkeit abläuft. Diese Maßnahme ermöglicht es, dass der Standard über die volle Zeit seiner Haltbarkeit genutzt werden kann.

Aus der Erkenntnis einer möglichen Diffusion von Wasserdampf durch das Polyethylen lassen sich nun weitere Maßnahmen ableiten, die eine sinnvolle Lagerung der Flaschen nach dem erstmaligen Öffnen des Beutels notwendig werden, damit sich die angegebene Konzentration nicht ändert. Die Firma SPETEC berät Sie gerne.

Hier finden Sie auch unseren Katalog über unsere zertifizierten Standards mit folgenden Produkten:

• ICP und ICP-MS Standards
• Öl Standards
• AAS Standards
• Anionen und Isotopen Standards
• Standards nach Kundenwunsch