{"id":11433,"date":"2026-08-24T02:00:27","date_gmt":"2026-08-23T18:00:27","guid":{"rendered":"https:\/\/toquartz.com\/?p=11433"},"modified":"2026-03-02T17:15:04","modified_gmt":"2026-03-02T09:15:04","slug":"quartz-reagent-bottle-or-borosilicate-which-material-fits-your-lab","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/toquartz.com\/de\/quartz-reagent-bottle-or-borosilicate-which-material-fits-your-lab\/","title":{"rendered":"Reagenzglas aus Quarz oder Borosilikat \u2013 welches Material eignet sich f\u00fcr Ihr Labor?"},"content":{"rendered":"

Die Wahl des falschen Flaschenmaterials f\u00fchrt zu verf\u00e4lschten Ergebnissen, verschwendet Reagenzien und gef\u00e4hrdet die Sicherheit \u2013 dennoch wird der Unterschied zwischen Quarz und Borosilikat regelm\u00e4\u00dfig untersch\u00e4tzt.<\/p>\n

Beide Materialien sehen im Laborregal optisch identisch aus, doch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden sich erheblich hinsichtlich optischer Eigenschaften, Temperaturbest\u00e4ndigkeit, Ionenreinheit und chemischer Best\u00e4ndigkeit. Dieser Artikel bietet einen umfassenden, datengest\u00fctzten Vergleich aller technisch relevanten Aspekte und vermittelt Laborfachkr\u00e4ften das pr\u00e4zise Wissen, das sie ben\u00f6tigen, um das geeignete Beh\u00e4ltermaterial f\u00fcr die jeweiligen analytischen Anforderungen auszuw\u00e4hlen.<\/p>\n

Der Vergleich beginnt auf molekularer Ebene, wo Unterschiede in der Zusammensetzung die Leistungsgrenze f\u00fcr jede nachfolgende Eigenschaft festlegen.<\/p>\n

\n

\"Reagenzflasche<\/p>\n

Die grundlegende Zusammensetzung von Quarz- und Borosilikatglas<\/h2>\n

Von allen Merkmalen, die Laborglaswaren auszeichnen, ist die Materialzusammensetzung das grundlegendste \u2013 und das f\u00fcr die sp\u00e4tere Leistungsf\u00e4higkeit entscheidendste.<\/p>\n

Schmelzquarz wird durch das Schmelzen von nat\u00fcrlich vorkommendem hochreinem Siliziumdioxid (SiO\u2082) oder synthetischem Siliziumdioxid bei Temperaturen von \u00fcber 1.700 \u00b0C hergestellt, wodurch ein Glasger\u00fcst mit einem SiO\u2082-Gehalt von typischerweise \u226599,95% entsteht. Diese extreme Reinheit bedeutet, dass das Strukturger\u00fcst fast ausschlie\u00dflich aus kovalent gebundenen Si-O-Tetraedern besteht, wobei praktisch keine Netzwerkmodifikatoren vorhanden sind. Borosilikatglas hingegen ist ein Mehrkomponentensystem, das SiO\u2082 (typischerweise 70\u201380%), B\u2082O\u2083 (10\u201313%), Na\u2082O (4\u20138%) und Al\u2082O\u2083 (2\u20134%) enth\u00e4lt. Die Boroxidkomponente wirkt neben Siliziumdioxid als Netzwerkbildner, w\u00e4hrend Natrium- und Aluminiumoxide als Modifikatoren fungieren, die das reine Si-O-Netzwerk aufbrechen. Diese Zusammensetzungsstruktur verbessert die Verarbeitbarkeit und senkt die Schmelztemperatur auf etwa 820\u2013850 \u00b0C, wodurch die Herstellung von Borosilikatglas wesentlich wirtschaftlicher wird. Allerdings f\u00fchrt das Vorhandensein mobiler Netzwerkmodifikatoren \u2013 insbesondere Na\u207a und B\u00b3\u207a \u2013 zu einer Anf\u00e4lligkeit gegen\u00fcber Auslaugung, alkalischem Angriff und UV-Absorption, die bei Quarzglas nicht auftritt. Der Reinheitsunterschied zwischen \u226599,95% SiO\u2082 und einer Borosilikat-Formulierung mit mehreren Oxiden ist kein marginaler Unterschied; er ist der strukturelle Ursprung aller in diesem Artikel er\u00f6rterten Leistungsunterschiede.<\/strong><\/p>\n

\n

\"Reagenzflasche<\/p>\n

Optische Durchl\u00e4ssigkeit im UV- bis Infrarotbereich bei Reagenzflaschen aus Quarz und Borosilikatglas<\/h2>\n

Die optische Durchl\u00e4ssigkeit wird am h\u00e4ufigsten als technisches Unterscheidungsmerkmal zwischen den beiden Materialien genannt und ist die Eigenschaft, die am unmittelbarsten daf\u00fcr verantwortlich ist, dass in spektroskopischen Labors Quarz bevorzugt wird. Ein Verst\u00e4ndnis des Durchl\u00e4ssigkeitsprofils \u00fcber das gesamte Spektrum von UV bis Infrarot verdeutlicht genau, wo jedes Material seine St\u00e4rken hat \u2013 und wo seine Schw\u00e4chen liegen.<\/p>\n

Tief-UV-Durchl\u00e4ssigkeit unter 300 nm<\/h3>\n

Schmelzquarz l\u00e4sst Licht von etwa 150 nm bis in den tiefen UV-Bereich effizient durch, wobei die Durchl\u00e4ssigkeitswerte in der Regel \u00fcber 85% bei 200 nm<\/strong> und bei Standardmaterial in optischer Qualit\u00e4t einen Wert von \u00fcber 90% im Bereich zwischen 220 und 300 nm beibeh\u00e4lt. Diese Eigenschaft ist eine direkte Folge des Fehlens von UV-absorbierenden Verunreinigungsionen im Si-O-Netzwerk.<\/p>\n

Borosilikatglas hingegen weist eine scharfe Absorptionskante auf, die es unterhalb von etwa 300\u2013320 nm praktisch undurchl\u00e4ssig macht. Die UV-Sperre resultiert aus elektronischen \u00dcberg\u00e4ngen im Zusammenhang mit Fe\u00b2\u207a\/Fe\u00b3\u207a-Spurenverunreinigungen, Na\u207a-Absorptionsbanden und intrinsischen B-O-Bindungsabsorptionen, die sich im tiefen UV-Bereich konzentrieren. Bei 254 nm \u2013 einer f\u00fcr die Nukleins\u00e4urequantifizierung und den Nachweis aromatischer Verbindungen entscheidenden Wellenl\u00e4nge \u2013 f\u00e4llt die Durchl\u00e4ssigkeit von Borosilikatglas unter 10%, wodurch es f\u00fcr analytische Arbeiten im tiefen UV-Bereich praktisch unbrauchbar wird.<\/p>\n

Laborfachkr\u00e4fte, die UV-Absorptionsmessungen unterhalb von 300 nm durchf\u00fchren und versehentlich Borosilikatgef\u00e4\u00dfe verwendet haben, berichten von systematisch erh\u00f6hten Grundwertmessungen und nichtlinearen Kalibrierungskurven.<\/strong> \u2014 Artefakte, die beim Wechsel zu \u2026 vollst\u00e4ndig verschwinden Reagenzflasche aus Quarzglas<\/a>. Dieser durch das Material verursachte Messfehler l\u00e4sst sich vollst\u00e4ndig vermeiden, sobald man die Grenzen der Durchl\u00e4ssigkeit verstanden hat.<\/p>\n

Vergleich der Durchl\u00e4ssigkeit im Deep-UV-Bereich<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Wellenl\u00e4nge (nm)<\/th>\nDurchl\u00e4ssigkeit von geschmolzenem Quarz (%)<\/th>\nDurchl\u00e4ssigkeit von Borosilikatglas (%)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
200<\/td>\n~85<\/td>\n<2<\/td>\n<\/tr>\n
220<\/td>\n~90<\/td>\n<5<\/td>\n<\/tr>\n
254<\/td>\n~92<\/td>\n<10<\/td>\n<\/tr>\n
280<\/td>\n~93<\/td>\n~15<\/td>\n<\/tr>\n
300<\/td>\n~93<\/td>\n~40<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Vergleich der Durchl\u00e4ssigkeit im sichtbaren und nahen Infrarotbereich<\/h3>\n

Im Bereich des sichtbaren Lichts (400\u2013700 nm) erreichen sowohl Quarzglas als auch Borosilikatglas Transmissionswerte zwischen 90% und 95%, wodurch der Leistungsunterschied f\u00fcr Anwendungen im Bereich der sichtbaren Wellenl\u00e4ngen praktisch vernachl\u00e4ssigbar ist. Folglich sind kolorimetrische Assays, Tr\u00fcbung<\/a>1<\/a><\/sup> F\u00fcr Messungen und standardm\u00e4\u00dfige photometrische Analysen im Wellenl\u00e4ngenbereich von 400\u2013700 nm fallen keine zus\u00e4tzlichen Kosten f\u00fcr Quarzgef\u00e4\u00dfe an.<\/p>\n

Der Unterschied tritt, wenn auch in geringerem Ma\u00dfe, im nahen Infrarotbereich (NIR) zwischen 700 und 2.500 nm erneut zutage. Quarzglas weist \u00fcber den gr\u00f6\u00dften Teil dieses Bereichs eine Durchl\u00e4ssigkeit von \u00fcber 80% auf, mit einem auff\u00e4lligen Absorptionsband bei etwa 2.730 nm, das mit Si-OH-Obert\u00f6nen in Verbindung steht. Borosilikatglas weist im NIR zus\u00e4tzliche Absorptionsmerkmale auf, die auf B-OH- und Na-bezogene Schwingungen zur\u00fcckzuf\u00fchren sind, wodurch die Durchl\u00e4ssigkeit in ausgew\u00e4hlten NIR-Teilb\u00e4ndern im Vergleich zu Quarz um 5\u201315% verringert wird. Bei Anwendungen der NIR-Spektroskopie oberhalb von 2.000 nm gewinnt dieser Unterschied analytisch an Bedeutung und sollte bei der Auswahl der Beh\u00e4lter ber\u00fccksichtigt werden.<\/strong><\/p>\n

Vergleich der Durchl\u00e4ssigkeit im sichtbaren und im NIR-Bereich<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Wellenl\u00e4ngenbereich<\/th>\nDurchl\u00e4ssigkeit von geschmolzenem Quarz (%)<\/th>\nDurchl\u00e4ssigkeit von Borosilikatglas (%)<\/th>\nPraktische Auswirkungen<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
400-700 nm (Sichtbar)<\/td>\n90-95<\/td>\n90\u201394<\/td>\nUnbedeutender Unterschied<\/td>\n<\/tr>\n
700\u20131.500 nm (NIR)<\/td>\n85-93<\/td>\n80\u201390<\/td>\nGering; anwendungsabh\u00e4ngig<\/td>\n<\/tr>\n
1.500\u20132.500 nm (NIR)<\/td>\n75\u201385<\/td>\n65\u201378<\/td>\nM\u00e4\u00dfig; relevant f\u00fcr die NIR-Spektroskopie<\/td>\n<\/tr>\n
>2.500 nm (mittleres Infrarot)<\/td>\nAbnehmend<\/td>\nAbnehmend<\/td>\nBeides nur begrenzt m\u00f6glich; spezielle Optik erforderlich<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Fluoreszenzinterferenz und Hintergrundrauschen in spektroskopischen Anwendungen<\/h3>\n

Borosilikatglas weist bei Anregung durch UV- oder sichtbare Laserquellen eine messbare Autofluoreszenz auf, ein Ph\u00e4nomen, das auf Spuren von \u00dcbergangsmetallverunreinigungen \u2013 insbesondere Fe\u00b2\u207a, Mn\u00b2\u207a und Seltenerdverunreinigungen \u2013 zur\u00fcckzuf\u00fchren ist, die w\u00e4hrend des Mehrkomponenten-Glasschmelzprozesses eingebracht wurden. Bei einer Laseranregung mit 488 nm oder 532 nm erzeugen Borosilikatbeh\u00e4lter einen breiten Fluoreszenzhintergrund im Bereich von 500\u2013700 nm, dessen Intensit\u00e4t das Raman-Signal verd\u00fcnnter Analyten um eine bis zwei Gr\u00f6\u00dfenordnungen \u00fcbersteigen kann.<\/p>\n

Schmelzquarz mit einer Reinheit von \u226599,95% SiO\u2082 und nahezu vollst\u00e4ndiger Abwesenheit fluoreszierender Verunreinigungsionen erzeugt unter gleichen Anregungsbedingungen typischerweise 10- bis 50-mal geringere Hintergrundfluoreszenzsignale als Borosilikatglas.<\/strong> Dieser Unterschied ist nicht nur statistischer Natur \u2013 bei quantitativen Fluoreszenzanalysen mit Analytkonzentrationen unter 1 \u00b5g\/ml kann die Autofluoreszenz des Gef\u00e4\u00dfes bei Verwendung von Borosilikatglas die dominierende Quelle der Messunsicherheit darstellen. In der Raman-Spektroskopie, wo das Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis naturgem\u00e4\u00df begrenzt ist, kann die Wahl des Beh\u00e4ltermaterials dar\u00fcber entscheiden, ob ein Zielpeak nachweisbar ist oder untergeht.<\/p>\n

Die praktischen Auswirkungen dieser Eigenschaft gehen \u00fcber spezielle Spektroskopieger\u00e4te hinaus. Jeder Assay, bei dem fluoreszierende Marker, lumineszierende Sonden oder eine Detektion mittels Photonenz\u00e4hlung zum Einsatz kommen, sollte in Quarzgef\u00e4\u00dfen durchgef\u00fchrt werden, um st\u00f6rende Hintergrundsignale, die vom Gef\u00e4\u00df selbst verursacht werden, als experimentelle Variable auszuschlie\u00dfen.<\/p>\n

Zusammenfassung der Fluoreszenz- und spektroskopischen Eigenschaften<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Parameter<\/th>\nGeschmolzener Quarz<\/th>\nBorosilikatglas<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Autofluoreszenzintensit\u00e4t (relativ)<\/td>\n1\u00d7 (Referenz)<\/td>\n10-50x h\u00f6her<\/td>\n<\/tr>\n
UV-Cutoff-Wellenl\u00e4nge (nm)<\/td>\n~150<\/td>\n~300\u2013320<\/td>\n<\/tr>\n
Eignung f\u00fcr die Raman-Spektroskopie<\/td>\nAusgezeichnet<\/td>\nSchlecht<\/td>\n<\/tr>\n
Eignung f\u00fcr Fluoreszenztests <1 \u00b5g\/ml<\/td>\nAusgezeichnet<\/td>\nUnzuverl\u00e4ssig<\/td>\n<\/tr>\n
Hintergrundger\u00e4uschquelle<\/td>\nVernachl\u00e4ssigbar<\/td>\nFe\u00b2\u207a, Mn\u00b2\u207a, Seltenerdionen<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

\"Hochtemperatur-Quarz-Reagenzflasche<\/p>\n

W\u00e4rmebest\u00e4ndigkeit und Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit bei beiden Flaschentypen<\/h2>\n

Die thermische Leistungsf\u00e4higkeit bestimmt den sicheren Betriebsbereich jedes Laborgef\u00e4\u00dfes und legt unmittelbar fest, welchen Erhitzungs-, Aufschluss- und Schnellk\u00fchlungsverfahren jedes Material standhalten kann, ohne dass es zu strukturellen Sch\u00e4den kommt. Der Unterschied zwischen Quarzglas und Borosilikatglas in dieser Hinsicht ist erheblich und von gro\u00dfer Bedeutung.<\/p>\n

Maximale Betriebstemperaturen f\u00fcr Beh\u00e4lter aus Quarz und Borosilikatglas<\/h3>\n

Schmelzquarz beh\u00e4lt seine strukturelle Integrit\u00e4t bei Dauerbetriebstemperaturen von bis zu 1.050 \u00b0C<\/strong>, wobei die Kurzzeitbest\u00e4ndigkeit bis auf etwa 1.200 \u00b0C reicht, bevor eine Erweichung feststellbar wird. Diese au\u00dfergew\u00f6hnliche Leistungsf\u00e4higkeit spiegelt die hohe Bindungsenergie des Si-O-Netzwerks wider sowie das nahezu vollst\u00e4ndige Fehlen von Netzwerkmodifikatoren, die die Glas\u00fcbergangstemperatur senken w\u00fcrden. Der Dehnungspunkt von Quarzglas liegt bei etwa 1.070 \u00b0C, sein Gl\u00fchpunkt bei etwa 1.140 \u00b0C.<\/p>\n

Borosilikatglas unterliegt weitaus strengeren thermischen Einschr\u00e4nkungen. Die Dauerbetriebstemperaturen sind auf etwa 500 \u00b0C<\/strong>, wobei die kurzzeitige Temperaturbest\u00e4ndigkeit unter kontrollierten Bedingungen bis zu 600 \u00b0C reicht. Oberhalb dieser Schwellenwerte beginnen die Bestandteile Na\u2082O und B\u2082O\u2083 innerhalb des Glasger\u00fcsts zu wandern, was zu einer Phasentrennung und einer dauerhaften Strukturver\u00e4nderung f\u00fchrt. Der Dehnungspunkt von Standard-Borosilikatglas (Pyrex-Typ) liegt bei etwa 515 \u00b0C, der Erweichungspunkt bei etwa 820 \u00b0C.<\/p>\n

Der Unterschied von 550 \u00b0C bei der Dauerbetriebstemperatur zwischen den beiden Werkstoffen ist kein geringf\u00fcgiger \u2013 er definiert g\u00e4nzlich unterschiedliche Kategorien thermischer Anwendungen.<\/strong> Verfahren wie die Veraschung im Muffelofen, die Hochtemperatur-S\u00e4ureaufschluss und die Kalzinierung bei 800\u20131.000 \u00b0C sind nur mit Quarzgef\u00e4\u00dfen durchf\u00fchrbar.<\/p>\n

Temperaturparameter f\u00fcr den thermischen Betrieb<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Parameter<\/th>\nGeschmolzener Quarz<\/th>\nBorosilikatglas<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Kontinuierliche Betriebstemperatur (\u00b0C)<\/td>\n\u22641.050<\/td>\n\u2264500<\/td>\n<\/tr>\n
Kurzfristige H\u00f6chsttemperatur (\u00b0C)<\/td>\n~1,200<\/td>\n~600<\/td>\n<\/tr>\n
Dehnungspunkt (\u00b0C)<\/td>\n~1,070<\/td>\n~515<\/td>\n<\/tr>\n
Gl\u00fchpunkt (\u00b0C)<\/td>\n~1,140<\/td>\n~560<\/td>\n<\/tr>\n
Erweichungspunkt (\u00b0C)<\/td>\n~1,665<\/td>\n~820<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

W\u00e4rmeausdehnungskoeffizienten und Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit<\/h3>\n

Der W\u00e4rmeausdehnungskoeffizient (CTE) ist der wichtigste Parameter zur Vorhersage der Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit von Glasbeh\u00e4ltern. Quarzglas weist einen CTE von etwa 0.55 \u00d7 10-\u2076 \/\u00b0C<\/strong>, einer der niedrigsten Werte, die je f\u00fcr ein Glasmaterial gemessen wurden. Borosilikatglas gilt zwar im Vergleich zu Kalk-Natron-Glas bereits als Glas mit geringer Ausdehnung, weist jedoch einen CTE von etwa 3.3 \u00d7 10-\u2076 \/\u00b0C<\/strong> \u2014 sechsmal h\u00f6her als bei Quarzglas.<\/p>\n

Die Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit wird durch das Verh\u00e4ltnis zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE), der Zugfestigkeit und der W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit bestimmt. Bei einer schnellen Temperatur\u00e4nderung \u0394T ist die induzierte thermische Spannung \u03c3 proportional zu CTE \u00d7 E \u00d7 \u0394T (wobei E der Elastizit\u00e4tsmodul ist). Bei einem sechsmal geringeren CTE baut Quarz bei gleichen Temperaturschwankungen thermische Spannungen nur zu einem Bruchteil der Geschwindigkeit von Borosilikatglas auf. Quantitativ gesehen h\u00e4lt Standard-Quarzglas Temperaturschocks stand, die \u0394T = 1.000 \u00b0C<\/strong> ohne Bruch, w\u00e4hrend Borosilikat unter vergleichbaren Bedingungen eine Temperaturdifferenz von etwa \u0394T = 160\u2013180 \u00b0C aush\u00e4lt. Laborvorg\u00e4nge, bei denen ein schneller Transfer von einem 900 \u00b0C hei\u00dfen Ofen auf eine Oberfl\u00e4che bei Raumtemperatur erfolgt \u2013 ein Routineschritt bei der gravimetrischen Analyse \u2013, sind f\u00fcr Quarzgef\u00e4\u00dfe konstruktionsbedingt unbedenklich, f\u00fchren jedoch bei Borosilikatgef\u00e4\u00dfen mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Br\u00fcchen.<\/strong><\/p>\n

Die praktische Bedeutung dieses Unterschieds wird durch g\u00e4ngige Laborerfahrungen untermauert: Borosilikatgef\u00e4\u00dfe, die aus Trocken\u00f6fen bei 180 \u00b0C entnommen und auf kalte Keramik-Arbeitstische gestellt werden, weisen regelm\u00e4\u00dfig Haarrisse auf, w\u00e4hrend vergleichbare Quarzgef\u00e4\u00dfe auch nach jahrelanger identischer Behandlung unbesch\u00e4digt bleiben.<\/p>\n

Vergleich der W\u00e4rmeausdehnung und der Sto\u00dffestigkeit<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Parameter<\/th>\nGeschmolzener Quarz<\/th>\nBorosilikatglas<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
CTE (\u00d710-\u2076 \/\u00b0C)<\/td>\n~0.55<\/td>\n~3.3<\/td>\n<\/tr>\n
Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit \u0394T (\u00b0C)<\/td>\n>1,000<\/td>\n~160\u2013180<\/td>\n<\/tr>\n
Bruchgefahr bei \u0394T = 200 \u00b0C<\/td>\nVernachl\u00e4ssigbar<\/td>\nM\u00e4\u00dfig bis hoch<\/td>\n<\/tr>\n
Geeignet f\u00fcr den Transport vom Ofen zum Arbeitstisch<\/td>\nJa<\/td>\nNein<\/td>\n<\/tr>\n
Geeignet zum schnellen Abschrecken in kaltem Wasser<\/td>\nJa<\/td>\nNein<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

\"S\u00e4urebest\u00e4ndige<\/p>\n

Chemische Best\u00e4ndigkeit von Reagenzflaschen aus Quarz gegen\u00fcber aggressiven Reagenzien<\/h2>\n

Die chemische Vertr\u00e4glichkeit bestimmt, welche Reagenzien in den jeweiligen Beh\u00e4ltertypen sicher gelagert, verarbeitet und analysiert werden k\u00f6nnen \u2013 und wo das Risiko eines Durchbruchs der R\u00fcckhaltekapazit\u00e4t oder einer analytischen Kontamination besteht. Dieser Aspekt hat direkte Auswirkungen sowohl auf die Laborsicherheit als auch auf die Datenintegrit\u00e4t.<\/p>\n

Best\u00e4ndigkeit gegen Minerals\u00e4uren, einschlie\u00dflich Flusss\u00e4ure<\/h3>\n

Schmelzquarz weist sowohl bei Umgebungstemperatur als auch bei erh\u00f6hten Temperaturen eine hervorragende Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber den meisten Minerals\u00e4uren auf. In Salzs\u00e4ure (HCl) bei Konzentrationen von bis zu 37% und Temperaturen von bis zu 100 \u00b0C bleibt die Siliziumdioxid-Aufl\u00f6sungsrate unter 0,02 mg\/cm\u00b2\/Tag<\/strong>. Die Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber Salpeters\u00e4ure (HNO\u2083) ist in allen Konzentrationen ebenfalls au\u00dfergew\u00f6hnlich gut; w\u00e4hrend der \u00fcblichen Aufschlusszeiten wurde kein messbarer \u00c4tzeffekt beobachtet. Konzentrierte Schwefels\u00e4ure (H\u2082SO\u2084) greift bei Temperaturen unter 300 \u00b0C Quarzglas nicht in analytisch relevanter Weise an, und K\u00f6nigswasser<\/a>2<\/a><\/sup> (3:1 HCl:HNO\u2083) \u2013 eines der aggressivsten Mischs\u00e4uresysteme, die bei der Aufschlie\u00dfung von Spurenmetallen zum Einsatz kommen \u2013 f\u00fchrt unter \u00fcblichen Laborbedingungen nur zu einer vernachl\u00e4ssigbaren Oberfl\u00e4chenaufl\u00f6sung von Quarz.<\/p>\n

Borosilikatglas weist bei verd\u00fcnnten bis m\u00e4\u00dfigen Konzentrationen eine angemessene Best\u00e4ndigkeit gegen Minerals\u00e4uren auf, unterscheidet sich jedoch unter Bedingungen mit konzentrierten S\u00e4uren und erh\u00f6hten Temperaturen vom Quarz. Der B\u2082O\u2083-Anteil ist bei erh\u00f6hten Temperaturen anf\u00e4llig f\u00fcr S\u00e4urehydrolyse, und eine l\u00e4ngere Einwirkung von hei\u00dfer, konzentrierter HCl oder H\u2082SO\u2084 bei Temperaturen \u00fcber 150 \u00b0C erh\u00f6ht die Oberfl\u00e4chenrauheit und die Ionenfreisetzung messbar.<\/p>\n

Ein entscheidender Punkt, der f\u00fcr beide Werkstoffe gleicherma\u00dfen gilt: Flusss\u00e4ure (HF) l\u00f6st Quarzglas und Borosilikatglas unterschiedslos auf.<\/strong> Die Reaktion SiO\u2082 + 4HF \u2192 SiF\u2084\u2191 + 2H\u2082O verl\u00e4uft bei Raumtemperatur z\u00fcgig, und selbst verd\u00fcnnte HF-L\u00f6sungen (0,5%) \u00e4tzen Quarzoberfl\u00e4chen innerhalb weniger Minuten. Keines der beiden Materialien ist HF-best\u00e4ndig; PTFE- oder Platingef\u00e4\u00dfe sind die einzigen geeigneten Beh\u00e4lter f\u00fcr fluoridhaltige Systeme.<\/p>\n

Vergleich der Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber Minerals\u00e4uren<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
S\u00e4uresystem<\/th>\nWiderstand aus geschmolzenem Quarz<\/th>\nBorosilikat-Best\u00e4ndigkeit<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
HCl (konzentriert, \u2264 100 \u00b0C)<\/td>\nAusgezeichnet (<0,02 mg\/cm\u00b2\/Tag)<\/td>\nGut<\/td>\n<\/tr>\n
HNO\u2083 (alle Konzentrationen)<\/td>\nAusgezeichnet<\/td>\nGut<\/td>\n<\/tr>\n
H\u2082SO\u2084 (<300 \u00b0C)<\/td>\nAusgezeichnet<\/td>\nM\u00e4\u00dfig bei \u00fcber 150 \u00b0C<\/td>\n<\/tr>\n
K\u00f6nigswasser (Raumtemperatur)<\/td>\nAusgezeichnet<\/td>\nM\u00e4\u00dfig<\/td>\n<\/tr>\n
HF (jede Konzentration)<\/td>\nNicht kompatibel<\/td>\nNicht kompatibel<\/td>\n<\/tr>\n
H\u2083PO\u2084 (hei\u00df, konzentriert)<\/td>\nM\u00e4\u00dfig<\/td>\nSchlecht<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Alkalil\u00f6sungen und Umgebungen mit hohem pH-Wert<\/h3>\n

Sowohl Quarzglas als auch Borosilikatglas sind anf\u00e4llig f\u00fcr den Angriff durch Hydroxidionen, doch unterscheiden sich die Mechanismen und Geschwindigkeiten bei den beiden Materialien erheblich. In Quarzglas greift das OH\u207b-Ion die Si-O-Si-Bindungen \u00fcber einen nukleophilen Substitutionsmechanismus an und l\u00f6st dabei nach und nach das oberfl\u00e4chennahe Siliziumdioxid in Form von Silikat-Anionen (SiO\u2084\u2074\u207b) auf. Die Aufl\u00f6sungsrate von Quarzglas in 0,1 M NaOH bei 25 \u00b0C betr\u00e4gt ungef\u00e4hr 0,04\u20130,08 \u00b5m\/Stunde<\/strong>, wobei sie sowohl mit der Konzentration als auch mit der Temperatur stark ansteigt.<\/p>\n

Bei Borosilikatglas verl\u00e4uft der Alkalieinfluss nach einem komplexeren Schema. Die B\u2082O\u2083-Komponente unterliegt in alkalischen Medien einer bevorzugten Hydrolyse, wobei Bors\u00e4ure und Borat-Ionen in einem Tempo freigesetzt werden, das deutlich \u00fcber dem der gleichzeitigen Siliziumdioxid-Aufl\u00f6sung liegt. In 1 M NaOH bei 60 \u00b0C kann der Massenverlust an Borosilikatoberfl\u00e4chen 0,5\u20131,2 mg\/cm\u00b2\/Stunde erreichen \u2013 deutlich schneller als der entsprechende Angriff auf Quarzglas unter identischen Bedingungen. Diese bevorzugte Auswaschung von Bor f\u00fchrt zur Bildung von Oberfl\u00e4chenverarmungszonen, die die Struktur des Glasnetzwerks ver\u00e4ndern und die anschlie\u00dfende Ionenfreisetzung beschleunigen.<\/strong>, weshalb Borosilikatglas f\u00fcr einen l\u00e4ngeren Kontakt mit alkalischen Prozessl\u00f6sungen besonders ungeeignet ist.<\/p>\n

In der Praxis sollte Quarzglas nur bei Konzentrationen von \u2264 0,1 M und Temperaturen von \u2264 40 \u00b0C f\u00fcr Zeitr\u00e4ume von weniger als 4 Stunden als alkalibest\u00e4ndig angesehen werden. Keines der beiden Materialien sollte bei Anwendungen mit konzentrierter NaOH oder KOH als alkalistabil angesehen werden.<\/p>\n

Parameter zur Alkalibest\u00e4ndigkeit<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Zustand<\/th>\nAufl\u00f6sungsrate von geschmolzenem Quarz<\/th>\nAufl\u00f6sungsrate von Borosilikat<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
0,1 M NaOH, 25 \u00b0C<\/td>\n0,04\u20130,08 \u00b5m\/Std.<\/td>\n0,10\u20130,20 \u00b5m\/h<\/td>\n<\/tr>\n
1 M NaOH, 60 \u00b0C<\/td>\n0,5\u20131,0 \u00b5m\/h<\/td>\n1,5\u20133,0 \u00b5m\/h (+ B-Auswaschung)<\/td>\n<\/tr>\n
10 M NaOH, 25 \u00b0C<\/td>\nSchneller Angriff<\/td>\nSchneller Angriff + struktureller Schaden<\/td>\n<\/tr>\n
Zul\u00e4ssiger Konzentrationsgrenzwert<\/td>\n\u2264 0,1 M, kurze Kontaktzeit<\/td>\n\u2264 0,05 M, kurze Kontaktzeit<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Lagerung von organischen L\u00f6sungsmitteln und hochreinen L\u00f6sungsmitteln<\/h3>\n

Sowohl Quarzglas als auch Borosilikatglas weisen eine umfassende Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber g\u00e4ngigen organischen L\u00f6sungsmitteln auf, darunter Methanol, Ethanol, Acetonitril, Aceton, Dichlormethan und Tetrahydrofuran (THF). Bei Kontakt mit diesen L\u00f6sungsmitteln bei Raumtemperatur kommt es bei keinem der beiden Materialien zu einer messbaren strukturellen Aufl\u00f6sung. Unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Vertr\u00e4glichkeit eignet sich jeder der beiden Beh\u00e4ltertypen f\u00fcr den routinem\u00e4\u00dfigen Umgang mit organischen L\u00f6sungsmitteln, ohne dass Sicherheitsbedenken bestehen.<\/p>\n

Auf der Ebene der Spurenverunreinigungen ergibt sich jedoch ein entscheidender Unterschied. Borosilikatglas, das mit hochreinen organischen L\u00f6sungsmitteln in Kontakt kommt, setzt durch Ionenaustausch mit Restfeuchtigkeitsfilmen messbare Mengen an Na\u207a (typischerweise 5\u201350 ppb nach 24-st\u00fcndigem Kontakt) und B\u00b3\u207a (2\u201320 ppb) frei. Diese ausgewaschenen Ionen spielen in der pr\u00e4parativen oder synthetischen Chemie keine Rolle, stellen jedoch eine ernstzunehmende St\u00f6rquelle bei der Herstellung von HPLC-Mobilphasen, bei der LC-MS-Analyse sowie bei allen analytischen Arbeitsabl\u00e4ufen dar, bei denen Spurenmetalle eine Rolle spielen. Schmelzkvarz, in dem bewegliche Netzwerkmodifikatorionen nahezu vollst\u00e4ndig fehlen, setzt unter gleichbleibenden Lagerbedingungen Na\u207a in Konzentrationen unter 0,1 ppb und B\u00b3\u207a in Konzentrationen unter 0,05 ppb frei.<\/strong> \u2014 eine Verringerung um zwei Gr\u00f6\u00dfenordnungen, die f\u00fcr Arbeiten im Ultraspurenbereich analytisch entscheidend ist.<\/p>\n

Die Anforderungen an die Reinheit der L\u00f6sungsmittel in der modernen analytischen Chemie \u2013 insbesondere bei Methoden, die auf Nachweisgrenzen im Sub-ppb-Bereich abzielen \u2013 machen den Einsatz von Quarzbeh\u00e4ltern bei der Herstellung der mobilen Phase und der Lagerung von Standards praktisch unumg\u00e4nglich, unabh\u00e4ngig davon, wie gut das organische L\u00f6sungsmittel scheinbar mit Borosilikat vertr\u00e4glich ist.<\/p>\n

Vertr\u00e4glichkeit mit organischen L\u00f6sungsmitteln und Auslaugung von Ionen<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Parameter<\/th>\nGeschmolzener Quarz<\/th>\nBorosilikatglas<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Strukturelle L\u00f6sungsmittelbest\u00e4ndigkeit<\/td>\nAusgezeichnet<\/td>\nAusgezeichnet<\/td>\n<\/tr>\n
Na\u207a-Auswaschung in das L\u00f6sungsmittel (ppb, 24 Std.)<\/td>\n<0.1<\/td>\n5-50<\/td>\n<\/tr>\n
Auswaschung von B\u00b3\u207a in das L\u00f6sungsmittel (ppb, 24 Std.)<\/td>\n<0.05<\/td>\n2\u201320<\/td>\n<\/tr>\n
Eignung zur Lagerung von HPLC-Mobilphasen<\/td>\nAusgezeichnet<\/td>\nGrenzwert f\u00fcr Spurenanalyse<\/td>\n<\/tr>\n
Eignung f\u00fcr die L\u00f6sungsmittelaufbereitung mittels LC-MS<\/td>\nAusgezeichnet<\/td>\nNicht empfohlen<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

\"Reagenzflasche<\/p>\n

Spurenmetallverunreinigungen und Auslaugen von Ionen aus den Oberfl\u00e4chen von Reagenzflaschen<\/h2>\n

Neben der Lagerung organischer L\u00f6sungsmittel stellt die ionische Kontamination durch Beh\u00e4lteroberfl\u00e4chen eine der am weitesten verbreiteten und am meisten untersch\u00e4tzten Ursachen f\u00fcr Analysefehler in der modernen Laborpraxis dar. Die Unterscheidung zwischen Quarz und Borosilikat im Sub-ppb-Bereich ist kein rein theoretisches Problem \u2013 sie ist eine dokumentierte, messbare Ursache f\u00fcr systematische Verzerrungen bei der Spurenelementanalyse.<\/p>\n

Mechanismen der Ionenausl\u00f6sung in Borosilikatglas<\/h3>\n

Die ionische Aufl\u00f6sung von Borosilikatglas erfolgt \u00fcber zwei gleichzeitig ablaufende Mechanismen an der Grenzfl\u00e4che zwischen Glas und L\u00f6sung. Der erste ist ein selektive Ionenaustauschreaktion<\/strong>, bei dem Hydroniumionen (H\u2083O\u207a) aus der L\u00f6sungsphase Na\u207a- und Ca\u00b2\u207a-Ionen aus dem Glasger\u00fcst verdr\u00e4ngen und so eine siliziumdioxidreiche Auslaugungsschicht bilden, die frei von Modifikator-Kationen ist. Dieser Prozess ist diffusionsgesteuert, was bedeutet, dass die Auslaugungsrate in den fr\u00fchen Stadien proportional zur Quadratwurzel der Kontaktzeit ist und mit zunehmender Dicke der ausgelaugten Schicht in einen langsameren linearen Bereich \u00fcbergeht. Der zweite Mechanismus ist Netzwerkhydrolyse<\/strong>, bei dem Wassermolek\u00fcle Si-O-Si- und B-O-Si-Bindungen angreifen, wodurch gleichzeitig Siliziumdioxid- und Borat-Anionen aufgel\u00f6st und Al\u00b3\u207a aus der Aluminiumoxidkomponente freigesetzt werden.<\/p>\n

Quantitative Auslaugungsdaten aus standardisierten Extraktionsversuchen (ISO 720 \/ USP-Glas Typ I) best\u00e4tigen, dass Borosilikatglas Na\u207a in einer Konzentration von 5\u2013100 ppb, B\u00b3\u207a in einer Konzentration von 2\u201330 ppb, Al\u00b3\u207a in einer Konzentration von 1\u201315 ppb sowie Ca\u00b2\u207a in einer Konzentration von 0,5\u20135 ppb in ultrareines Wasser abgibt, nachdem es eine Stunde lang bei 121 \u00b0C damit in Kontakt war. Unter normalen Laborbedingungen f\u00fchrt die 24-st\u00fcndige Gleichgewichtsauswaschung in hochreinem Wasser bei Raumtemperatur zu Na\u207a-Konzentrationen von 5\u201350 ppb<\/strong> \u2014 bereits auf oder \u00fcber den Nachweisgrenzen f\u00fcr Natrium bei ICP-OES-Verfahren.<\/p>\n

Die Temperaturabh\u00e4ngigkeit der Auslaugung ist von besonderer Bedeutung: Mit jedem Anstieg der Kontakttemperatur um 10 \u00b0C verdoppeln sich die Ionenfreisetzungsraten in etwa, was bedeutet, dass bei erhitztem Aufschluss in Borosilikatgef\u00e4\u00dfen Kontaminationswerte entstehen, die die Signale der Analyten in ppb-Konzentrationen vollst\u00e4ndig \u00fcberdecken k\u00f6nnen.<\/p>\n

Auslaugungsprofil von Borosilikat in ultrareinem Wasser<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Ion<\/th>\nAuslaugungsrate (ppb, 24 Std., 25 \u00b0C)<\/th>\nAuslaugungsrate (ppb, 1 Stunde, 121 \u00b0C)<\/th>\nNachweiserisiko bei der ICP-Analyse<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Na\u207a<\/td>\n5-50<\/td>\n50-200<\/td>\nHoch<\/td>\n<\/tr>\n
B\u00b3\u207a<\/td>\n2\u201320<\/td>\n20-80<\/td>\nHoch<\/td>\n<\/tr>\n
Al\u00b3\u207a<\/td>\n1-10<\/td>\n10-50<\/td>\nM\u00e4\u00dfig<\/td>\n<\/tr>\n
Ca\u00b2\u207a<\/td>\n0.5-5<\/td>\n5-20<\/td>\nM\u00e4\u00dfig<\/td>\n<\/tr>\n
Si\u2074\u207a<\/td>\n1-5<\/td>\n5-15<\/td>\nNiedrig (matrixabh\u00e4ngig)<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Vorteile der ionischen Reinheit von hochreinen Quarzoberfl\u00e4chen<\/h3>\n

Die ionische Reinheit von Quarzglas ergibt sich direkt aus seiner chemischen Zusammensetzung: Der SiO\u2082-Gehalt liegt bei \u226599,95%, und der Gesamtgehalt an metallischen Verunreinigungen liegt typischerweise unter 50 ppb (bezogen auf das Gewicht)<\/strong>, sind einfach nicht gen\u00fcgend Modifikatorionen vorhanden, um den Ionenaustausch-Auslaugungsmechanismus zu st\u00fctzen, der die Aufl\u00f6sung von Borosilikat dominiert. Die einzige aus Quarzglasoberfl\u00e4chen auslaugbare Verbindung ist Kiesels\u00e4ure (H\u2084SiO\u2084), die mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5\u20132 ppb Si pro 24 Stunden<\/strong> in ultrareines Wasser bei Raumtemperatur \u2014 ein Gehalt, der f\u00fcr alle Elemente au\u00dfer Silizium selbst analytisch vernachl\u00e4ssigbar ist.<\/p>\n

Blindwertdaten aus Validierungsstudien zur ICP-MS-Methode zeigen durchweg, dass die in Beh\u00e4ltern aus Quarzglas hergestellten Blindwerte f\u00fcr Na, B, Al und Ca um das 10- bis 100-Fache niedriger sind als die entsprechenden Blindwerte, die in Borosilikatglas hergestellt wurden. In Anwendungen der Halbleiterindustrie, bei denen Verunreinigungsgrenzwerte im Bereich von Teilen pro Billion (ppt) gelten, \u00fcbersteigt der ionische Hintergrund eines Borosilikatbeh\u00e4lters das gesamte Verunreinigungsbudget f\u00fcr Na und B um den Faktor 10 bis 1.000.<\/strong>, wodurch Quarz unabh\u00e4ngig von Kostenaspekten zur einzigen technisch realisierbaren Option wird.<\/p>\n

Die Oberfl\u00e4chenchemie von Quarzglas bietet zudem einen Stabilit\u00e4tsvorteil bei S\u00e4ureauslaugungsverfahren. Nach der Reinigung mit 10\u201320% HNO\u2083 bildet sich auf der Quarzglasoberfl\u00e4che erneut eine d\u00fcnne, dichte Si-OH-Schicht, die die anschlie\u00dfende Metalladsorption minimiert \u2013 eine Eigenschaft, die bei ultrareinen Probenvorbereitungsverfahren f\u00fcr die Spurenanalyse in Umwelt- und Halbleiteranwendungen genutzt wird.<\/p>\n

Vergleich der Ionenauswaschung in ultrareinem Wasser (24 Std., 25 \u00b0C)<\/h4>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Ion<\/th>\nSchmelzquarz (ppb)<\/th>\nBorosilikatglas (ppb)<\/th>\nReduktionsfaktor<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Na\u207a<\/td>\n<0.1<\/td>\n5-50<\/td>\n50\u2013500\u00d7<\/td>\n<\/tr>\n
B\u00b3\u207a<\/td>\n<0.05<\/td>\n2\u201320<\/td>\n40\u2013400\u00d7<\/td>\n<\/tr>\n
Al\u00b3\u207a<\/td>\n<0,02<\/td>\n1-10<\/td>\n50\u2013500\u00d7<\/td>\n<\/tr>\n
Ca\u00b2\u207a<\/td>\n<0.01<\/td>\n0.5-5<\/td>\n50\u2013500\u00d7<\/td>\n<\/tr>\n
Gesamtgehalt an metallischen Verunreinigungen (ppb w\/w)<\/td>\n<50<\/td>\n5,000\u201320,000<\/td>\n100\u2013400\u00d7<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n
\n

\"Quarz-Reagenzflasche<\/p>\n

Mechanische Festigkeit und Oberfl\u00e4chenh\u00e4rte der beiden Flaschenmaterialien<\/h2>\n

Die mechanischen Eigenschaften sind ein praktischer Aspekt im Laboralltag, stellen jedoch einen Bereich dar, in dem der Leistungsunterschied zwischen den beiden Werkstoffen geringer ist \u2013 und sich in mancher Hinsicht sogar umkehrt.<\/p>\n