DE102013207988A1 - Method for coating laboratory tools - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Laborwerkzeugen, ein Laborwerkzeug sowie ein Analyseverfahren, wobei das Laborwerkzeug aus Metall besteht und wobei das Laborwerkzeug eines der folgenden Laborwerkzeuge ist: Löffel, Messer, Pinzette, Schere, Spatel, Tiegelzange, Laborstativ, Abdampfschale, Mahlwerkzeug, wobei das Laborwerkzeug mit einer amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet wird.The invention relates to a method for coating laboratory tools, a laboratory tool and an analysis method, the laboratory tool consisting of metal and the laboratory tool being one of the following laboratory tools: spoon, knife, tweezers, scissors, spatula, crucible tongs, laboratory tripod, evaporation pan, grinding tool, the laboratory tool being coated with an amorphous carbon layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Laborwerkzeugen, ein Laborwerkzeug sowie ein Analyseverfahren unter Verwendung eines Laborwerkzeugs, wobei das Laborwerkzeug aus Metall besteht und wobei das Laborwerkzeug eines der folgenden Laborwerkzeuge ist: Löffel, Messer, Pinzette, Schere, Spatel, Tiegelzange, Laborstativ, Abdampfschale, Mahlwerkzeug.The invention relates to a method for coating laboratory tools, a laboratory tool and an analysis method using a laboratory tool, wherein the laboratory tool consists of metal and wherein the laboratory tool is one of the following laboratory tools: spoon, knife, tweezers, scissors, spatula, crucible tongs, laboratory stand, Evaporating dish, grinding tool.

Die vorgenannten Laborwerkzeuge sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden beispielsweise in Laboren zur Handhabung oder Verarbeitung von Stoffen eingesetzt. Dabei gelangen die Laborwerkzeuge in unmittelbaren Kontakt mit diesen Stoffen, die auch mit dem Material bzw. dem Metall oder der Metalllegierung, aus dem oder der das Laborwerkzeug besteht, chemisch reagieren können. Insbesondere können die betreffenden Laborwerkzeuge bei einem Kontakt mit Säure schnell korrodieren. Bei einer Verwendung metallener Laborwerkzeuge können daher regelmäßig bei einer Analyse von Proben von Stoffen beispielsweise die Elemente Chrom und Nickel nachgewiesen werden. Eine Kontamination der Proben mit diesen Elementen kann beispielsweise schon bei einer Handhabung der Proben mittels des Laborwerkzeugs erfolgen. Eine derartige Kontamination von Laborproben oder Stoffen ist grundsätzlich unerwünscht, weshalb Laborwerkzeuge auch aus Glas und keramischen Werkstoffen oder Holz hergestellt werden oder mit Pulverlack, Gummi oder ähnlichen Materialien beschichtet sein können. Laborwerkzeuge aus Glas und keramischen Werkstoffen sind jedoch nicht bruchstabil und können leicht zerstört werden. Mit Pulverlack beschichtete oder teilweise gummierte Laborwerkzeuge bieten keinen verlässlichen Schutz gegen eine Kontamination und sind vergleichsweise teuer herzustellen. Pulverlack weist weiter den Nachteil auf, dass eine Schichtdicke einer Pulverlackbeschichtung regelmäßig variiert, wodurch eine Oberflächenkontur verändert wird. Darüber hinaus ist es bekannt, Laborwerkzeuge mit Materialien zu beschichten, die üblicherweise in Laboren nicht analysiert werden und daher Analyseergebnisse kaum verfälschen können. Diese Materialien sind jedoch vergleichsweise teuer.The abovementioned laboratory tools are well known from the prior art and are used, for example, in laboratories for the handling or processing of substances. The laboratory tools come into direct contact with these substances, which can also react chemically with the material or the metal or metal alloy, from which or the laboratory tool consists. In particular, the laboratory tools in question can corrode quickly upon contact with acid. When using metal laboratory tools, therefore, the elements chromium and nickel can be regularly detected in an analysis of samples of substances, for example. For example, contamination of the samples with these elements can already take place when the samples are handled by means of the laboratory tool. Such a contamination of laboratory samples or substances is generally undesirable, which is why laboratory tools can also be made of glass and ceramic materials or wood or coated with powder coating, rubber or similar materials. Laboratory tools made of glass and ceramic materials, however, are not break-resistant and can easily be destroyed. Powder coating coated or partially rubberized laboratory tools offer no reliable protection against contamination and are relatively expensive to produce. Powder coating also has the disadvantage that a layer thickness of a powder coating coating varies regularly, whereby a surface contour is changed. In addition, it is known to coat laboratory tools with materials that are usually not analyzed in laboratories and therefore can hardly distort analysis results. However, these materials are comparatively expensive.

Weiter ist aus dem Maschinenbau eine Beschichtung von Bauteilen mit einer amorphen Kohlenstoffschicht bekannt. Diese Beschichtung soll im Wesentlichen einen Verschleiß und eine Reibung des betreffenden Bauteils minimieren.Furthermore, from mechanical engineering, a coating of components with an amorphous carbon layer is known. This coating is intended to substantially minimize wear and friction of the component in question.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beschichtung von Laborwerkzeugen sowie Laborwerkzeuge vorzuschlagen, die eine Kontamination von Laborproben vermeiden und kostengünstig herstellbar sind. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Laborwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Analyseverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.The present invention is therefore based on the object to propose a method for coating laboratory tools and laboratory tools that avoid contamination of laboratory samples and are inexpensive to produce. This object is achieved by a method having the features of claim 1, a laboratory tool having the features of claim 12 and an analysis method having the features of claim 13.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Beschichtung von Laborwerkzeugen besteht das Laborwerkzeug aus Metall, wobei das Laborwerkzeug eines der folgenden Laborwerkzeuge ist: Löffel, Messer, Pinzette, Schere, Spatel, Tiegelzange, Laborstativ, Abdampfschale, Mahlwerkzeug, und wobei das Laborwerkzeug mit einer amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet wird.In the method according to the invention for coating laboratory tools, the laboratory tool is made of metal, the laboratory tool being one of the following laboratory tools: spoon, knife, tweezers, scissors, spatula, crucible tongs, laboratory stand, evaporating dish, grinding tool, and wherein the laboratory tool is coated with an amorphous carbon layer becomes.

Die Schicht aus amorphem Kohlenstoff auf dem Laborwerkzeug bewirkt, dass eine Laborprobe kaum verunreinigt werden kann. So ist Kohlenstoff bei Analysen regelmäßig nicht störend. Auch ist die Beschichtung durch eine hohe Abriebfestigkeit und eine glatte Oberfläche gekennzeichnet, was bei Laborgeräten wünschenswerte Eigenschaften sind. Die Beschichtung ist korrosionsbeständig und weist eine Härte von ca. 2.500 bis 3.000 HV auf. Darüber hinaus hat die Beschichtung eine schwarze Farbe, so dass eventuelle Beschädigungen der Beschichtung leicht erkannt werden können. Insgesamt ist es so möglich, robuste und kostengünstige Laborwerkzeuge herzustellen, die unerwünschte Kontaminationen vermeiden können. Die Laborwerkzeuge Löffel, Messer, Pinzette, Spatel und Abdampfschale sind einstückig ausgebildet und daher besonders leicht zu beschichten. Die Laborwerkzeuge Schere, Tiegelzange und Laborstativ können aus mehreren Bauteilen bestehen, wobei dann die einzelnen Bauteile der Laborwerkzeuge mit einer amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet werden. Das Laborwerkzeug Mahlwerkzeug kann ein Bauteil einer Trommelmühle oder einer Rollmühle sein, welches in einen direkten Kontakt mit einem zu analysierenden Stoff gelangen kann.The layer of amorphous carbon on the laboratory tool causes a lab sample to be hardly contaminated. So carbon is usually not disturbing in analyzes. Also, the coating is characterized by a high abrasion resistance and a smooth surface, which are desirable properties in laboratory equipment. The coating is corrosion resistant and has a hardness of approx. 2,500 to 3,000 HV. In addition, the coating has a black color, so that any damage to the coating can be easily detected. Overall, it is possible to produce robust and cost-effective laboratory tools that can avoid unwanted contamination. The laboratory tools Spoon, Knife, Tweezers, spatula and evaporating dish are integrally formed and therefore very easy to coat. The laboratory tools scissors, crucible tongs and laboratory stand can consist of several components, in which case the individual components of the laboratory tools are coated with an amorphous carbon layer. The laboratory tool grinding tool can be a component of a drum mill or a rolling mill, which can come into direct contact with a substance to be analyzed.

In einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Laborwerkzeug in einem DLC-Beschichtungsverfahren (diamond-like carbon) beschichtet werden. Mit einem derartigen Verfahren kann ein diamantähnlicher Kohlenstoff auf einer Oberfläche eines der Laborwerkzeuge aufgebracht werden. Eine derartige Beschichtung ist bis 400°C temperaturstabil, so dass die betreffenden Laborwerkzeuge im Rahmen der üblicherweise angewandten Analyseverfahren eingesetzt werden können. Weiter kann eine besonders glatte Oberfläche durch die Beschichtung erhalten werden, wodurch ein Anhaften eines Stoffs an dem Laborwerkzeug wirkungsvoll vermieden werden kann.In one embodiment of the method, the laboratory tool can be coated in a DLC (diamond-like carbon) coating process. With such a method, a diamond-like carbon can be deposited on a surface of one of the laboratory tools. Such a coating is temperature stable up to 400 ° C, so that the laboratory tools in question can be used in the context of the commonly used analytical methods. Further, a particularly smooth surface can be obtained by the coating, whereby adhesion of a substance to the laboratory tool can be effectively avoided.

Vorzugsweise kann eine Oberfläche des Laborwerkzeugs vollständig beschichtet werden. So kann sichergestellt werden, dass auch keine unbeabsichtigte Kontamination einer Probe über das Laborwerkzeug erfolgen kann.Preferably, a surface of the laboratory tool can be completely coated. This ensures that no unintentional contamination of a sample can occur via the laboratory tool.

Das Laborwerkzeug kann mit einer Kohlenstoffschicht von maximal 5 μm Dicke beschichtet werden. Eine Kohlenstoffschicht dieser Dicke ist ausreichend fest und widerstandsfähig gegenüber eventuellen Beschädigungen bei einer Handhabung. Eine Schichtdicke kann vorzugsweise ca. 3 μm betragen, wobei die Schichtdicke unabhängig von einer Oberflächenkontur ist.The laboratory tool can be coated with a carbon layer of maximum 5 μm thickness. A carbon layer of this thickness is sufficiently strong and resistant to eventual damage during handling. A layer thickness may preferably be about 3 μm, the layer thickness being independent of a surface contour.

In einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Laborwerkzeug mit einer wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet werden.In one embodiment of the method, the laboratory tool can be coated with a hydrogen-free amorphous carbon layer.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Laborwerkzeug mit einer tetraedrischen wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet werden. Eine derartige Kohlenstoffschicht ist aufgrund ihrer Bindungsstruktur im Wesentlichen einer Diamantschicht gleichzusetzen.In another embodiment, the laboratory tool may be coated with a tetrahedral hydrogen-free amorphous carbon layer. Due to its bonding structure, such a carbon layer is essentially equivalent to a diamond layer.

Auch kann das Laborwerkzeug vorteilhaft mit einer metallhaltigen wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet werden.Also, the laboratory tool can advantageously be coated with a metal-containing hydrogen-free amorphous carbon layer.

Besonders vorteilhaft kann das Laborwerkzeug mit einer wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht mit einem Wasserstoffanteil von > 35% beschichtet werden.Particularly advantageously, the laboratory tool can be coated with a hydrogen-containing amorphous carbon layer with a hydrogen content of> 35%.

Ebenso kann das Laborwerkzeug mit einer tetraedrischen wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht mit einem Wasserstoffanteil von > 25% beschichtet werden.Likewise, the laboratory tool can be coated with a tetrahedral hydrogen-containing amorphous carbon layer with a hydrogen content of> 25%.

Weiter kann das Laborwerkzeug mit einer metallhaltigen wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet werden. Eine derartige Kohlenstoffschicht weist eine besonders hohe Verschleißfestigkeit und einen geringen Reibkoeffizienten auf.Furthermore, the laboratory tool can be coated with a metal-containing hydrogen-containing amorphous carbon layer. Such a carbon layer has a particularly high wear resistance and a low coefficient of friction.

Auch kann das Laborwerkzeug mit einer modifizierten, mit zumindest einem der Elemente Silizium, Sauerstoff, Stickstoff, Fluor und Bor dotierten, wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet werden. Eigenschaften der Kohlenstoffschicht können dann entsprechend der Dotierung wesentlich beeinflusst werden. Beispielsweise kann mittels Silizium eine Temperaturbeständigkeit in sauerstoffhaltiger Umgebung erhöht werden.The laboratory tool can also be coated with a modified, hydrogen-containing amorphous carbon layer doped with at least one of the elements silicon, oxygen, nitrogen, fluorine and boron. Properties of the carbon layer can then be significantly influenced according to the doping. For example, a temperature resistance in an oxygen-containing environment can be increased by means of silicon.

Das erfindungsgemäße Laborwerkzeug ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Vorteilhafte Ausführungsformen des Laborwerkzeugs ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Verfahrensanspruch 1 zurückbezogenen Unteransprüche.The laboratory tool according to the invention is produced by the method according to the invention. Advantageous embodiments of the laboratory tool resulting from the feature descriptions of the back to the method claim 1 dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Analyseverfahren zur Analyse einer Laborprobe eines chemischen Stoffes wird der chemische Stoff mittels eines erfindungsgemäßen Laborwerkzeugs nach Anspruch 12 gehandhabt. Das Laborwerkzeug ist dabei mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt und kann eines der folgenden Laborwerkzeuge sein: Löffel, Messer, Pinzette, Schere, Spatel, Tiegelzange, Laborstativ, Abdampfschale, Mahlwerkzeug. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Analyseverfahrens ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Verfahrensanspruch 1 zurückbezogenen Unteransprüche.In the analysis method according to the invention for analyzing a laboratory sample of a chemical substance, the chemical substance is handled by means of a laboratory tool according to the invention according to claim 12. The laboratory tool is produced by the method according to any one of claims 1 to 11 and can be one of the following laboratory tools: spoon, knife, tweezers, scissors, spatula, crucible tongs, laboratory stand, evaporating dish, grinding tool. Further advantageous embodiments of the analysis method emerge from the feature descriptions of the dependent claims back to the method claim 1.

Claims (13)

Verfahren zur Beschichtung von Laborwerkzeugen, wobei das Laborwerkzeug aus Metall besteht, und wobei das Laborwerkzeug eines der folgenden Laborwerkzeuge ist: Löffel, Messer, Pinzette, Schere, Spatel, Tiegelzange, Laborstativ, Abdampfschale, Mahlwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug mit einer amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet wird.Method for coating laboratory tools, the laboratory tool being made of metal, and the laboratory tool being one of the following laboratory tools: spoon, knife, tweezers, scissors, spatula, crucible tongs, laboratory stand, evaporating dish, grinding tool, characterized in that the laboratory tool is provided with an amorphous Carbon layer is coated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug in einem DLC-Beschichtungsverfahren beschichtet wird.A method according to claim 1, characterized in that the laboratory tool is coated in a DLC coating process. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche des Laborwerkzeugs vollständig beschichtet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a surface of the laboratory tool is completely coated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug mit einer Kohlenstoffschicht von maximal 5 μm Dicke beschichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laboratory tool is coated with a carbon layer of not more than 5 microns thick. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug mit einer wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet wird.Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the laboratory tool is coated with a hydrogen-free amorphous carbon layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug mit einer tetraedrischen wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet wird.Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the laboratory tool is coated with a tetrahedral hydrogen-free amorphous carbon layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug mit einer metallhaltigen wasserstofffreien amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet wird.Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the laboratory tool is coated with a metal-containing hydrogen-free amorphous carbon layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug mit einer wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht mit einem Wasserstoffanteil von > 35% beschichtet wird. Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the laboratory tool is coated with a hydrogen-containing amorphous carbon layer having a hydrogen content of> 35%. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug mit einer tetraedrischen wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht mit einem Wasserstoffanteil von > 25% beschichtet wird.Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the laboratory tool with a tetrahedral hydrogen-containing amorphous carbon layer is coated with a hydrogen content of> 25%. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug mit einer metallhaltigen wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet wird.Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the laboratory tool is coated with a metal-containing hydrogen-containing amorphous carbon layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laborwerkzeug mit einer modifizierten, mit zumindest einem der Elemente Si, O, N, F und B dotierten, wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet wird.Method according to one of claims 2 to 3, characterized in that the laboratory tool with a modified, at least one of the elements Si, O, N, F and B doped, hydrogen-containing amorphous carbon layer is coated. Laborwerkzeug, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.Laboratory tool, produced by a method according to one of the preceding claims. Analyseverfahren zur Analyse einer Probe eines chemischen Stoffes, wobei bei einer Analyse einer Probe eines chemischen Stoffes zur Handhabung des chemischen Stoffes ein Laborwerkzeug nach Anspruch 12 verwendet wird.An analysis method for analyzing a sample of a chemical substance, wherein a laboratory tool according to claim 12 is used in an analysis of a sample of a chemical substance for handling the chemical.
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