Fémmentes kutatási környezet

Az ICBM új speciális laboratóriuma az Oldenburgi Egyetemen lehetővé teszi nyomelem-analíziseket tengervíz- és üledékmintákon.

Az öt munkahely teljes mértékben fémmentes, és részecskementességet biztosít a DIN EN ISO 14644 szerint a 4. és 5. osztály szintjén.

Az integrált érintőképernyőkön keresztül a szellőztetési és ellátási technikát egyedileg lehet irányítani a munkahelyeken.

Az műanyagok színezését nagyrészt elhagyták; a színekben található oxidok szennyezhetik a levegőt.

Az óceánvíz- és üledékminták nyomelem-analíziséhez szükséges mintákészítéshez az óbudai egyetemen 2015 óta egy teljesen fémmentes, tisztatéri környezetben dolgoznak a kutatók. Itt most rendkívül érzékeny mintákat készítenek a nyomelemek koncentrációjának és izotópjainak elemzéséhez, amelyek segítségével nyomon követhetők az óceánok mélységi áramlásai és azok történelmi fejlődése.

A világóceánok áramlási mintázatai döntő szerepet játszanak a Föld éghajlendszerében; azonban a tengeri fizikai és kémiai folyamatok, valamint azok beépülése az éghajlatba még nagyrészt ismeretlenek. Az óbudai Egyetem Max-Planck Kutatócsoportja a Tengeri Izotópgeokémiáról ezért az óceáni víz nyomába ered. Vizsgálataik során radioaktív strontium- és neodím-izotópokat tanulmányoznak a vízben és a fosszilis tengeri üledékekben. Az üledékeknek minden olyan anyagot neveznek, ami a tengerben a mélybe süllyed és ott lerakódik – az organikus részecskéktől a szél által a kontinensekről szállított kőzetporig.

Mivel ezeknek az izotópoknak az összetétele az óceán különböző régióiban jelentősen eltér, a kutatócsoport segítségével nyomon követhetik a víztömegek és a por eredetét, valamint megfejthetik azok származási helyét. A mintákat német és nemzetközi kutatóhajókról veszik 6 000 méteres vízmélységig. Míg a nyomelemek az óceánvízben betekintést nyújtanak a folyamatokba és a víztömegek eloszlásába a mai óceánban, az üledékek a vízkörforgás történelmi fejlődésébe és a globális éghajlatváltozásokkal való összefüggéseikbe engednek bepillantást.

A tisztatéri környezet védi a mintákat

A kihívás ebben: Az izotópok koncentrációja a mintákban rendkívül alacsony – mintha egy csepp festéket kevernének több olimpiai méretű medencébe. A legkisebb szennyeződés, például mikroszkopikus kőzetpor vagy korróziós fémek részecskéi alapjaiban torzíthatják a kutatási eredményeket, mivel ezek a vizsgált nyomelemeket sokszorosan magasabb koncentrációban tartalmazzák. Az Óbudai Egyetem Kémiai és Biológiai Tanszéke 2015 óta egy speciális laboratóriummal rendelkezik, ahol a munkapadokon a részecskementesség a DIN EN ISO 14644 szerint a 4. tisztatéri osztálynak megfelelő, és ahol minden fémmentes.

Ez a speciális környezet lényegesen különbözik a hagyományos laboratóriumoktól és tisztatéri helyiségektől, ahol számos felület rozsdamentes acélból készült. „Már a magas koncentrációjú savak kipárolgása, amelyeket a minták előkészítéséhez használunk, megtámadná minden fémet,” magyarázza Dr. Katharina Pahnke-May, a Tengeri Izotópgeokémia Kutatócsoport vezetője. „A legkisebb fémrészecskék bekerülhetnek a levegőbe, és használhatatlanná tehetik a mintáinkat.”

Ez jelentősen megköveteli a magas szintű tervezést, összehasonlítva más, a lehető legnagyobb részecske- vagy mikroorganizmus-mentességre törekvő tisztatéri helyiségekkel. „A nyomelem-analitika által támasztott magas követelmények mellett az is kihívást jelentett, hogy a laboratóriumi irányelveket és balesetvédelmi előírásokat egyidejűleg betartsuk,” mondja Dipl.-Ing. Thomas Lischke, aki a Carpus+Partner tanácsadó és tervező cégnél a projekt tervezéséért és megvalósításának nyomon követéséért felelős. „A követelmények egyes releváns elemek fémes kivitelezését is megkövetelik. Ezt az ellentmondást kellett összeegyeztetni.”

Szálcsiszolt műanyag laborrendszer

A koncepció megvalósításához a kezdetektől szorosan együttműködtek az MK Versuchsanlagen céggel – amely az egyik kevés műanyag laborrendszerek tervezője és gyártója tisztatéri körülményekhez. A feladat- és folyamatorientált labortervezés alapján kialakították a helyiséget és az öt munkaállomás egyedi felszerelését, beleértve a szellőztető rendszert, a világítás integrációját és a speciális közegellátást, például teljesen desztillált vízzel.

Az anyagokat tekintve kizárólag saválló műanyagokat, például polipropilént, Teflont, PMMA-t vagy PE-t használtak. Szándékosan elkerülték a színezést, hogy elkerüljék a levegő szennyeződését a használt oxidok miatt. A zárt munkaállomások lapjai magas szilárdságú, átlátszó polietilénből készültek. Ugyancsak műanyagból vannak az összes csukló, ajtó- és bútorelem is.

A Carpus+Partner a laboratóriumot „helyiség a helyiségben” kialakításban, valamint a bejárati szűrőhelyiséget és a technikai részt egy egykori szemináriumi teremben az egyetemi épület földszintjén helyezte el. A teljes terület 55 négyzetméter. A levegő minősége a helyiségben a DIN EN ISO 14644 szerint az 6. osztály, a munkaállomásokon a részecskementesség a 4. vagy 5. osztály szintjén van. A szenzorok folyamatosan figyelik az összes mérő- és szabályozórendszert. A horizontális lamináris áramlások a kiszorítás elvén tartósan megakadályozzák a szennyeződést a érzékeny területeken. A beszívás és elszívás oldalirányú szűrőn keresztül történik, melynek szerkezete irányított áramlást hoz létre. „Természetesen az összes vezeték, beleértve a szűrőelemeket és minden egyéb levegő-előkészítő elemet, műanyagból készült,” hangsúlyozza Lischke a különlegességeket.

Speciális fejlesztések a kutatás támogatására

Egy másik egyedi fejlesztés a „Flaps” nevű légvezető elemek, amelyek a munkaállomásokon két egymás felett elhelyezett szinten biztosítják a lamináris áramlást. Ezekre azért volt szükség, mert ott fűtőlapokat használnak, hogy tengervizet 80–200 °C-on, gyakran több órán keresztül koncentráljanak. A fűtőlapok hőhatása rendezetlen, turbulens légáramlásokat eredményez, amelyek véletlenül összekeverhetik a lamináris levegőt, és növelik a minták keresztkontaminációjának kockázatát. A Flaps segítségével a levegőt úgy irányítják, hogy ez ne történhessen meg.

A fűtőlapokat a Hesseni Székhelyű cég saját fejlesztéseként gyártják már 20 éve, és folyamatosan fejlesztik; az alumínium mag garantálja a teljes felületen az egyenletes hőeloszlást. Teljes burkolatuk, amely hőálló PTFE-ből készült, biztosítja, hogy fémpor ne kerülhessen a környezeti levegőbe.

Az új helyiség jelentős javulást jelent Dr. Pahnke-May kutatócsoport tagjai számára munkakörülményeikben. A vizsgálatokat eddig más egyetemi laborokban végezték, ahol csak egy munkahely állt rendelkezésre egy mobil elszívóval. Ott nem lehetett tartósan biztosítani a részecskementességet. Most öt, feladatspecifikusan felszerelt munkaállomáson dolgozhatnak a kutatók a lehető legjobb körülmények között. Ez lehetővé teszi a nyomelemek, különösen a szennyezésre érzékeny elemek elemzését is. „A vas vagy ólom tartalma például az óceánvízben rendkívül alacsony. A fémoxidokban vagy kőzetekben viszont nagyon magas; ezek por formájában mindig megtalálhatók a normál környezeti levegőben,” magyarázza Pahnke-May. „Ez eddig megakadályozta az ilyen izotópok elemzését.”