Reinheit und Preis chemischer Verbindungen … einige Fakten jenseits des Bauchgefühls
Wie viel kostet eine chemische Verbindung mit 99 % Reinheit im Vergleich zu einer mit 95 %?
Die wichtigsten Erkenntnisse
✔ Der Preis einer chemischen Verbindung wird von der geforderten Spezifikation bestimmt – nicht allein von ihrer Reinheit.
✔ Eine Erhöhung der Reinheit von 95 % auf 99 % kann einen überproportional höheren Aufreinigungsaufwand und erheblich höhere Kosten verursachen.
✔ Die Art einer Verunreinigung ist häufig wichtiger als der Gesamtanteil aller Verunreinigungen.
✔ Je nach vorgesehener Anwendung benötigen unterschiedliche Branchen unterschiedliche Verunreinigungsprofile.
✔ Die Definition kritischer Verunreinigungen und funktionaler Spezifikationen ermöglicht effizientere und wirtschaftlichere Auftragssyntheseprojekte.
Kurz zusammengefasst
- Die Reinheit allein bestimmt nicht den Preis einer chemischen Verbindung.
- Mit steigender Reinheitsanforderung erhöhen sich die Aufreinigungskosten überproportional.
- Die Art der Verunreinigungen ist häufig wichtiger als deren prozentualer Gesamtanteil.
- Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Verunreinigungsspezifikationen.
- Die Definition einer chemischen Spezifikation führt zu technisch und wirtschaftlich besseren Ergebnissen als die alleinige Forderung nach einem bestimmten Reinheitsgrad.
Mit dieser Frage werden wir nahezu täglich konfrontiert.
Auf den ersten Blick sollte die Antwort eigentlich nicht besonders schwierig sein. Natürlich erwartet jeder, dass der Preis etwas höher ausfallen wird. Tatsächlich reichen die Erwartungen von ungefähr 4 % bis zu einer groben Schätzung im niedrigen zweistelligen Prozentbereich.
In der Realität kann die Antwort jedoch auch 300 % lauten!
Das muss erklärt werden.
Die meisten Menschen außerhalb der Chemie haben wirklich Schwierigkeiten, diesen Hintergrund zu verstehen.
Zunächst gibt es das allgemein bekannte Paretoprinzip. Vereinfacht besagt es, dass die letzten 20 % einer Aufgabe rund 80 % der gesamten Ressourcen erfordern – und umgekehrt.
Dieses Prinzip wurde nicht speziell für die Aufreinigung chemischer Verbindungen formuliert. Es spiegelt jedoch die allgemeine Tatsache wider, dass jeder nachfolgende Aufreinigungsschritt mühsamer ist als der vorherige.
Denken Sie an das Reinigen einer schmutzigen Pfanne: 90 % der groben Verschmutzung lassen sich leicht entfernen. Die letzten hartnäckigen Flecken können dagegen viel Zeit und Arbeit kosten …
Deshalb ist die Erhöhung der Reinheit von 95 % auf 99 % wesentlich teurer als eine Erhöhung von 91 % auf 95 %.
Aber das ist nur ein Teil der Wahrheit.
Zweitens müssen wir den Begriff „Reinheit“ genauer betrachten. Man muss akzeptieren, dass es sich dabei um einen sehr „relativen“ Begriff handelt.
Eine Reinheit von 95 % bedeutet gleichzeitig einen Anteil von 5 % Verunreinigungen. Als Verunreinigungen gelten definitionsgemäß alle enthaltenen Fremdstoffe – unabhängig von ihrer chemischen Natur und ihrer Bedeutung für die spätere Anwendung.
Und genau hier liegt die eigentliche Antwort auf die Ausgangsfrage:
Es kommt darauf an.
Einige Verunreinigungen werden als kritischer bewertet als andere. Diese Bewertung unterscheidet sich von Produkt zu Produkt – und kann sich selbst bei demselben Produkt je nach Anwendung vollständig verändern.
Jetzt alles klar?
Ein Beispiel:
Beispiel A
Ein Natriumchlorid mit 95 % Reinheit, das 5 % Wasser enthält, ist für eine biotechnologische Anwendung möglicherweise völlig in Ordnung. Eine weitere Aufreinigung ist dann nicht erforderlich.
Dasselbe Natriumchlorid kann für die Elektronikindustrie jedoch vollkommen unbrauchbar sein.
Die notwendige Aufreinigung besteht in diesem Fall lediglich aus einem Trocknungsschritt. Das Erreichen einer Reinheit von 99 % könnte beispielsweise 20 €/kg kosten.
Beispiel B
Ein anderes Natriumchlorid mit ebenfalls 95 % Reinheit könnte 1 % Natriumazid und 4 % Wasser enthalten.
Für eine biotechnologische Anwendung wäre dieses Material aufgrund seiner Toxizität nicht geeignet. In der Elektronikindustrie könnte das enthaltene Wasser dagegen noch immer kritischer sein als das Natriumazid.
Eine Erhöhung der Reinheit auf 99 % durch Trocknung wäre in diesem Fall bereits teurer: Das Wasser müsste nahezu vollständig entfernt werden – nicht nur vier von fünf Prozentpunkten wie im ersten Beispiel. Dies könnte beispielsweise 60 €/kg kosten.
Außerdem ist das Ergebnis ein anderes: Das Produkt enthält anschließend noch 1 % Natriumazid anstelle von Wasser.
Eine Alternative wäre, das gesamte Natriumazid und den größten Teil des Wassers zu entfernen. Dadurch würde eine vergleichbare Qualität wie in Beispiel A erreicht, allerdings mit einem erheblich höheren Aufwand. Nehmen wir hierfür Kosten von 190 €/kg an.
Damit lautet die Antwort auf die ursprüngliche Frage:
- Definieren Sie die kritischen und die nicht kritischen Bestandteile.
- Fragen Sie nach dem Preis für eine konkrete SPEZIFIKATION – nicht nur nach dem Preis für einen bestimmten Reinheitsgrad.
Wie aus anwendungsrelevanten Anforderungen eine prüfbare chemische Spezifikation und daraus ein verlässlicher Weg zu wiederkehrenden Chargen entsteht, erläutert die ChiroBlock-Seite Bekannte Verbindung: anwendungsgerechte Qualität und regelmäßige Versorgung.
Weiterführende Informationen:
Understanding Purity and Quality – A Guide for Life Scientists
Autor: Dr. Oliver Seidelmann (Geschäftsführung ChiroBlock)