Kleine und große Helfer für Analytiker

Geologen analysieren Bodenproben, in der Erdölindustrie wird Rohöl untersucht, die Stahlindustrie will die Schlackenzusammensetzung wissen. Vollkommen unterschiedliche Betätigungsfelder, bei denen am Anfang der analytischen Überprüfung oft ein Schmelzaufschluss der Proben bei hohen Temperaturen steht. Doch was nehmen zum Aufschluss? Platintiegel sind hierfür bestens geeignete Helfer. Sie werden weltweit in industriell und wissenschaftlich geführten Laboratorien benutzt. Heraeus zählt bei der Herstellung von Platintiegeln zu den Marktführern. Erstaunlich, dass sich dieses mittlerweile über 130 Jahre alte Produkt immer noch verbessern lässt.

Tiegel, Abgießschalen oder Schiffchen aus Edelmetallen gehören in der Analytik zu den Standardlaborgeräten für die Probenherstellung zur Röntgenfluoreszenz-Analyse (RFA), für Mikroanalysen, für Schmelzaufschlüsse und für Veraschungen. Größere Tiegel aus Iridium werden zum Ziehen von Einkristallen aus hochschmelzenden Oxiden (z. B. Saphir) für die Optik- und Laserindustrie benötigt. Gute chemische Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, hohe Schmelzpunkte und Stabilität bei hohen Temperaturen sind wesentliche Merkmale, die Platin und Platinlegierungen seit Jahrzehnten als Laborgerätematerial auszeichnen. Mit einer hohen Fertigungstiefe produziert Heraeus in Hanau Standardausführungen und Sonderanfertigungen von Laborgeräten mit verschiedensten Abmessungen – und dies schon seit 1870.

Unentbehrliches Gerätematerial fürs chemische Labor
Von großer Bedeutung für die erfolgreiche Benutzung von Laborgeräten sind die Wahl des geeigneten Materials und deren richtige Handhabung im Laboralltag. Labor- und Analysentechnikern steht eine variantenreiche Bandbreite von Materialien und Gerätegrößen zur Auswahl. „Wir produzieren Tiegel in Größen zwischen ‚Mikrofingerhut’ und ‚Regentonne’ – ganz nach Kundenwunsch“, erläutert Stefan Lang, Vertriebsleiter bei W. C. Heraeus. Von Standardtiegeln der Größe eines „Schnapsglases“ produziert Heraeus mehrere tausend Stück im Jahr. Aber es geht auch bedeutend größer. Für einen Spezialtiegel von der Größe einer Regentonne wurden jüngst rund 20 Kilogramm Platin verarbeitet. „Damit ist dieser Riese nicht nur einer der größten, sondern auch der teuersten Tiegel, die Heraeus bislang hergestellt hat. Wie viel dieser Tiegel tatsächlich gekostet hat, bleibt aber ebenso wie sein Einsatzzweck Betriebsgeheimnis“, schmunzelt Lang.

Kein Geheimnis hingegen sind die klassischen Einsatzgebiete. In der Analytik sind die edlen Helfer unentbehrlich. In vielen Industriebranchen, wie der Eisen- und Stahlindustrie, Zementfabrikation oder Müllverbrennung, wird die RFA regelmäßig zur Qualitätssicherung der laufenden Produktion genutzt. Bei der Umwelt- und Lebensmittelanalytik will man z. B. die Schwermetallbelastung von Bodenproben oder Getreide prüfen. Zur reproduzierbaren Analyse der Proben werden diese zunächst in den Tiegeln mittels Schmelzaufschluss homogenisiert. Es bildet sich eine Schmelztablette, die an jeder Stelle eine einheitliche Zusammensetzung aufweist und anschließend mit den entsprechenden spektroskopischen Methoden untersucht wird.

Die Anforderungen an das Tiegelmaterial steigen stetig. Daher lassen sich auch Platintiegel nach über 130 Jahren immer noch optimieren, vor allem in der Beständigkeit des Materials. Schon durch Zulegieren von fünf Prozent Gold kann die Stabilität von Platin im Temperaturbereich von 1100 bis 1200 °C verbessert werden. Aber es geht noch besser.

Dispersionsgehärtetes Platin als neue Werkstoffklasse
Mit dispersionsgehärtetem Platin (DPH) hat Heraeus eine neue Werkstoffklasse für Laborgeräte etabliert, die in enger Zusammenarbeit mit Kunden in der Industrie und in analytischen Labors entstanden ist. „DPH-Werkstoffe sind im Vergleich zu reinem Platin und zu den mischkristallverfestigten Platinlegierungen korrosionsbeständiger und widerstandsfähiger gegen thermische und mechanische Belastung“, beschreibt Prof. Dr. David Lupton, Entwicklungsleiter bei W. C. Heraeus. Der innovative Werkstoff ist vor allem dort gefragt, wo die Tiegel eine lange Lebensdauer, Hochtemperaturfestigkeit sowie Korrosions- und Formstabilität aufweisen sollen. Dispersionsgehärtetes Platin wird auch in der Glasindustrie beispielsweise für Rührer und Glasfaserdüsen verwendet. Auch zur Einkristallzucht in oxidierenden Atmosphären ist Platin-DPH geeignet. „Die Einlagerung von fein verteiltem Zirkoniumoxid behindert das Kornwachstum bis knapp unter dem Schmelzpunkt. Durch diese feinere Gefügestruktur ist DPH entlang der Korngrenzen wesentlich unempfindlicher gegenüber Korrosionsprozessen als vergleichbare Werkstoffe. Das sorgt für höhere Beständigkeit“, erklärt Platinspezialist Lupton die besonderen Eigenschaften. DPH-Platintiegel haben neue Einsatzmöglichkeiten eröffnet. Während die klassischen Tiegel Schmelzaufschlüsse bis rund 1100 °C zulassen, ermöglichen die innovativen Tiegel eine Steigerung bis zu mehr als 1600 °C.

Die Heraeus Experten sind sich einig: Platintiegel werden auch in den nächsten Jahzehnten einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung leisten. Dafür sorgt schon die enge Zusammenarbeit mit verschiedenen Anwendern. „Wir beraten unsere Kunden ausführlich. Einsatzzweck und -ort, Vorbehandlung des Probenmaterials, Wahl des Schmelzaufschlusses und der Temperatur sind einige Kriterien, die über die richtige Tiegelauswahl entscheiden“, erläutert Stefan Lang. Aus den unterschiedlichen Legierungen und Formen fertigen die Heraeus Experten just-in-time maßgeschneiderte Tiegel. „Wir liefern alles aus einer Hand. Das ist ein Gütesiegel für unsere Anwender.“ Dr. Jörg Wetterau

Quelle: technology report 02 – Heraeus Technologiemagazin (März 2009)