Entorno de investigación sin metales

El nuevo laboratorio especializado del ICBM en la Universidad de Oldenburg permite análisis de trazas de muestras de agua de mar y sedimentos.

Los cinco puestos de trabajo son completamente libres de metal y ofrecen una libertad de partículas al nivel de las clases 4 y 5 según DIN EN ISO 14644.

A través de pantallas táctiles integradas, la tecnología de ventilación y suministro se controla de manera individual en los puestos de trabajo.

Se evitó en gran medida la coloración de los plásticos; los óxidos presentes en los colores podrían contaminar el aire interior.

Desde 2015, los científicos de la Universidad de Oldenburg disponen de una sala especial completamente libre de metales con condiciones de sala limpia para la preparación de muestras para el análisis de trazas de elementos en muestras de agua marina y sedimentos. Allí ahora se pueden preparar muestras altamente sensibles para el análisis de concentraciones y isótopos de trazas, que permiten rastrear las corrientes profundas en los océanos y su desarrollo histórico.

Los patrones de circulación en los océanos del mundo juegan un papel decisivo en el sistema climático de la Tierra; sin embargo, los procesos físicos y químicos marinos, así como su integración en el clima, aún son en gran parte desconocidos. Por ello, los científicos del grupo de investigación Max-Planck de Geoquímica de Isótopos Marinos en la Universidad de Oldenburg investigan las huellas del agua de mar. Estudian isótopos radiactivos de estroncio y neodimio en el agua y en sedimentos marinos fósiles. Por sedimentos, los investigadores entienden todo lo que cae al fondo del mar y se acumula allí, desde partículas orgánicas hasta polvo de roca transportado por el viento desde los continentes.

Como la composición de estos isótopos varía mucho en diferentes regiones de los océanos, el grupo de investigación puede rastrear y descifrar su origen de las masas de agua y polvo con su ayuda. Las muestras se obtienen a bordo de barcos de investigación alemanes e internacionales a profundidades de hasta 6.000 metros. Mientras que los trazas en el agua marina proporcionan información sobre procesos y distribuciones de masas de agua en el océano actual, los sedimentos ofrecen una visión del desarrollo geológico de la circulación de los mares y su relación con las fluctuaciones climáticas globales.

Las condiciones de sala limpia protegen las muestras

El desafío: la concentración de estos isótopos en las muestras es extremadamente baja, como si se mezclara una gota de color en varias piscinas olímpicas. La más mínima contaminación por partículas microscópicas de polvo de roca o metales en corrosión alteraría fundamentalmente los resultados de la investigación, ya que estas contienen los trazas analizados en concentraciones mucho mayores. Desde 2015, el Instituto de Química y Biología del Mar (ICBM) de la Universidad de Oldenburg cuenta con un laboratorio especial con puestos de trabajo en los que la pureza de partículas alcanza la clase 4 según DIN EN ISO 14644, y que además es completamente libre de metales.

Este espacio especial difiere significativamente de los laboratorios y salas limpias convencionales, donde muchas superficies están hechas de acero inoxidable. "¡Incluso los vapores de los ácidos de alta concentración que usamos para preparar muestras de rocas sedimentarias para el análisis atacarían cualquier metal!", explica la Dra. Katharina Pahnke-May, jefa del grupo de investigación en Geoquímica de Isótopos Marinos. "Las partículas metálicas más pequeñas podrían llegar al aire y hacer que nuestras muestras sean inutilizables."

Por ello, se requiere una planificación mucho más exhaustiva en comparación con otras salas limpias diseñadas para la máxima pureza de partículas o gérmenes. "Además de los altos requisitos que la análisis de trazas impone a la concentración de partículas en el espacio, también fue un reto cumplir simultáneamente con las directrices de laboratorio y las normas de seguridad", comenta el Ing. Thomas Lischke, responsable de la planificación y supervisión del proyecto en la empresa consultora y de planificación Carpus+Partner. "Las especificaciones exigen en algunos casos la fabricación de ciertos elementos relevantes en metal. Y había que conciliar este conflicto."

Sistema de laboratorio de plástico

Desde el principio, se colaboró estrechamente con la empresa MK Versuchsanlagen, uno de los pocos diseñadores y fabricantes de sistemas de laboratorio de plástico para condiciones de sala limpia. Basándose en una planificación orientada a tareas y procesos, diseñaron y construyeron el espacio y el equipamiento individual para cinco puestos de trabajo, incluyendo el suministro de ventilación, integración de iluminación y suministro de medios especiales como agua ultrapura desionizada.

Para las superficies de trabajo, bases, techos intermedios, paredes interiores o tuberías, se utilizaron exclusivamente plásticos resistentes a ácidos como polipropileno, Teflón, PMMA o PE. Se evitó intencionadamente el color para prevenir contaminación del aire por los óxidos utilizados. Las bandejas de los puestos de trabajo cerrados están hechas de polietileno transparente y resistente, y todas las bisagras y otros elementos de puertas y mobiliario también son de plástico.

Carpus+Partner integró el laboratorio como un espacio dentro de otro, así como la esclusa de entrada y la zona técnica en una antigua sala de seminarios en la planta baja del edificio universitario. La superficie total es de 55 metros cuadrados. La calidad del aire en la sala cumple con la clase 6 según DIN EN ISO 14644, y en los puestos de trabajo la pureza de partículas alcanza niveles de clase 4 o 5. Sensores monitorean continuamente todos los sistemas de medición y control. Los flujos laminares horizontales, que funcionan por desplazamiento, previenen de forma permanente la contaminación de las áreas sensibles. La entrada y extracción de aire se realiza mediante las paredes laterales de malla, cuya estructura genera un flujo dirigido. "Por supuesto, todas las conducciones, incluyendo los filtros y otros elementos de tratamiento del aire, están completamente fabricados en plástico como componentes especiales", destaca Lischke.

Desarrollos especiales que facilitan la investigación

Un desarrollo especial son las llamadas "flaps"; elementos que dirigen el aire y que en los puestos de trabajo, con dos niveles superpuestos, aseguran un flujo laminar horizontal. Fueron necesarios porque allí se utilizan placas calefactoras para concentrar muestras de agua marina a temperaturas entre 80 y 200 °C, a menudo durante varias horas. La influencia térmica de las placas genera corrientes de aire turbulentas no dirigidas, que perturban el flujo laminar y aumentan el riesgo de contaminación cruzada de las muestras. Con los "flaps", el aire se dirige de modo que esto no ocurra.

Las placas calefactoras son una innovación propia de la empresa de Hesse, fabricadas y perfeccionadas allí durante 20 años; su núcleo de aluminio garantiza una distribución de calor absolutamente homogénea en toda su superficie. Su recubrimiento completo con PTFE resistente a temperaturas evita que partículas metálicas se liberen al aire ambiente.

El nuevo espacio representa una mejora significativa en las condiciones de trabajo del grupo de investigación de la Dra. Pahnke-May. Hasta ahora, las investigaciones se realizaban en otros laboratorios de la universidad, donde solo disponían de un puesto con un extractor móvil. La pureza de partículas no podía garantizarse de forma permanente allí. Ahora, los científicos pueden investigar en cinco puestos de trabajo específicos, con las mejores condiciones posibles. Esto también permite análisis de trazas de elementos que son especialmente susceptibles a contaminación. "La concentración de hierro o plomo en el agua marina es extremadamente baja. En óxidos metálicos o rocas, en cambio, es muy alta; por eso, siempre están presentes en el aire ambiente como polvo", explica Pahnke-May. "Hasta la construcción de este nuevo espacio, la análisis de estos isótopos era imposible."