Kilka norm i metod zostało stworzonych do opisu wymagań stawianych pomiarom TOC – dwa z nich to EN 1484 stworzona przez European Committee for Standarization i ISO 8245 opracowana przez International Organization for Standarization. Standaryzacja monitoringu wody jest w stanie zagwarantować, że jakość wody w takich branżach jak woda pitna, powierzchniowa, podziemna lub morska będzie na odpowiednim poziomie.
Z powodu olbrzymiej ilości substancji organicznych, które mogą się pojawić w wodzie, do oznaczenia węgla organicznego potrzeba silnego czynnika utleniającego – celem jest osiągnięcie maksymalnego odzysku CO2. W nawiązaniu do EN 1484 i ISO 8245 dane historyczne sugerują, że co najmniej kilka metod pomiarowych pozwala potencjalnie osiągnąć ten maksymalny odzysk. OI Analytical idealnie wykorzystuje tę dowolność w metodach oferując dwie możliwości: utlenianie utleniaczem na gorąco i spalanie wysokotemperaturowe. W tym dokumencie urządzenie OI Aurora 1030W zostało wykorzystane do oznaczenia odzysku tetrasulfoftalocyjaniny miedzi w soli tetrasodowej aby potwierdzić zgodność z EN 1484 i ISO 8245. Mokre utlenianie na gorąco oferuje bardzo wiele zalet włączając w to stabilne wyniki przy bardzo niskiej zawartości tła (w porównaniu z innymi metodami utleniania) i obniżone koszty obsługi w związku z niewielką ilością komponentów wymagających serwisu bądź wymiany w trakcie użytkowania.
Rysunek 1. Analizator TOC OI Aurora 1030W umożliwia pomiar TOC w zakresie 10 ppb C – 30 000 ppm C.
Wstęp
Opierając się na teoretycznej masie cząsteczkowej soli tetrasodowej (zgodnie z EN 1484 i ISO 8245) teoretyczna zawartość węgla w niej to 39,049%; do roztworu 100 ppm C trzeba więc użyć 0,256 g/L tej soli. Mimo to certyfikat analizy (COA) dla związku miedzi pokazuje, że zmierzona zawartość procentowa węgla to 53,48%. Akceptowalny zakres węgla dla tego produktu to 21,4-56,6% (według wskazań producenta). Używając zmierzonej procentowej zawartości węgla z COA do przygotowania roztworu 100 ppm C użyto 0,187g/L związku miedzi.
Pomiar TOC – metodologia
Analizator OI Aurora 1030W na początku określa ogólny węgiel nieorganiczny (TIC) w próbce poprzez zakwaszenie (obniżenie pH powoduje przekształcenie się węglanów i wodorowęglanów w CO2). Ten dwutlenek węgla jest wydmuchany z próbki i następnie kierowany jest albo do atmosfery (pomiar NPOC) albo na detektor NDIR (pomiar TOC), który oblicza zawartość dwutlenku węgla na podstawie specyficznej absorpcji fali o odpowiedniej długości. Po detekcji urządzenie kalkuluje TIC i raportuje jako części na milion (ppm) lub części na miliard (ppb) TIC. Detektor NDIR pozwala na określenie ilości węgla bez względu na zmiany pH próbki lub temperatury i zapobiega potencjalnemu wpływowi na wynik innych gazów takich jak chlorki, dwutlenek chloru, dwutlenek siarki, itp.
Analizator 1030W określa ogólny węgiel organiczny (TOC lub OWO) mierząc dwutlenek węgla uzyskany poprzez chemiczne utlenienie węgla organicznego znajdującego się w próbce. Po usunięciu TIC z próbki analizator dozuje nadsiarczan sodowy (Na2S2O8), który, jako silny utleniacz, szybko reaguje z węglem organicznym w próbce (w temp. ok. 100 OC) formując dwutlenek węgla. Po zakończeniu procesu utleniania dwutlenek węgla jest wydmuchiwany z próbki i oznaczany na detektorze NDIR. Kiedy detektor obliczy zawartość TOC w próbce generuje wynik w ppm lub ppb TOC. Ten tryb pomiarowy oznacza, że urządzenie używa niewielkiej ilości próbki do oznaczenia zarówno TIC jak i TOC. Ta metoda jest dużo bardziej dokładna i powtarzalna od metod obliczających TOC na zasadzie różnicowej, szczególnie dla próbek zawierających duże ilości TIC, gdzie możemy często uzyskiwać ujemne wyniki (z powodu skumulowania dwóch potencjalnych błędów przy wykonywaniu dwóch analiz). Ta metoda często jest nazywana NPOC (ang. Non-Purgeable Organic Carbon) – trzeba jednak pamiętać, że ta metoda może usunąć nam lotne związki organiczne zawarte w próbce więc, jeśli mamy większą ich ilość, powinniśmy użyć metody różnicowej.
Wszystkie operacje wykonywane na urządzeniu Aurora 1030W mogą być kontrolowane poprzez ekran dotykowy i oprogramowanie oparte na Windowsie lub oprogramowanie zainstalowane na komputerze (podłączonym bezpośrednio lub za pomocą sieci LAN). Obie drogi obsługi aparatu pozwalają Użytkownikowi na bardzo prostą i intuicyjną pracę z analizatorem TOC włączając w to konfigurowanie i zapisywanie metod, sekwencji, kalibracji i różnych parametrów operacyjnych. Kontrola danych jest możliwa dzięki zgodności z 21 CFR Part 11 (spełnione są wymagania dotyczące bezpieczeństwa danych).
Wyniki i dyskusja
Wszystkie próbki TOC były zmierzone na urządzeniu OI Aurora 1030W. Instrument został skalibrowany w punktach 0, 1.0, 5.0, 10.0 i 100.0 ppm C używając wodoroftalanu potasu (KHP). Obie metody były skalibrowane używając różnych czasów reakcji TOC (patrz Table 1). Szczegóły każdej z metod zostały opisane w Table 2. Zmiany w czasach reakcji TOC nie wpłynęły na kalibracje.
Jak pokazano w Table 3 procentowy odzysk jest w znacznym stopniu zwiększony poprzez zmianę czasu reakcji TOC z 2 do 6 minut. Dane jasno pokazują, że na urządzeniu Aurora 1030W z mokrym utlenianiem na gorąco możemy uzyskać odzyski nawet powyżej 98% zarówno w stężeniu 10 jak i 100 ppm C (bazując na aktualnych informacjach od producenta). Te wartości procentowe ujawniają świetne możliwości metody pomiarowej jaką jest utlenianie za pomocą nadsiarczanu sodowego na gorąco. Wartości odzysków pokazują również doskonałą wydajność metody kiedy porównamy ją z techniką spalania wysokotemperaturowego.
Teoretyczne wartości węgla są oparte na wzorze stechiometrycznym związku. W większości przypadków teoretyczne wartości tego parametru są wyższe od aktualnych realnych wartości – te, zgodnie z informacją zawartą we wstępie tego artykułu, zostały uzyskane przez producenta i są tak naprawdę wskaźnikiem efektywności metody syntetycznej zastosowanej przez producenta.
Pomiar TOC – konkluzje
Certyfikat analiz (COA) powinien zawsze być brany pod uwagę w przypadku użycia ftalocyjaniny miedzi w soli tetrasodowej, szczególnie w przypadku sprawdzania poprawności działania aparatu. Przygotowanie reagentów powinno zawsze opierać się na procentowej zawartości węgla umieszczonej w COA, użycie teoretycznej zawartości węgla w przypadku ftlaocyjanianu miedzi w soli tetrasodowej może powodować zaniżenie wyników.
Funkcjonalność urządzenia OI Aurora 1030W, i metody pomiarowej w nim umieszczonej, pozwala na optymalizację wielu trudnych aplikacji takich jak pomiar tetrasulfoftalocyjaniny miedzi w soli tetrasodowej.
