Capítulo 7: Analizador TOC -...

Diseo y montaje de una instalacin de laboratorio para la caracterizacin y desarrollo de absorbentes de CO2 basados en aminas. Captulo 7: Analizador TOC

Antonio Luis Lpez Fuentes 123

Captulo 7:

Analizador TOC 7.1. Introduccin................................................................................124

7.2. Descripcin del sistema..............................................................125

7.3. Procedimiento de anlisis...........................................................132

7.3.1. Preparacin de muestras............................................................132

7.3.2. Arranque del equipo ...................................................................133

7.3.3. Configuracin del equipo ............................................................133

7.3.4. Medicin.....................................................................................134

7.3.5. Evaluacin de resultados............................................................135

7.4. Hoja de especificaciones ............................................................136



7. Analizador TOC

7.1. Introduccin

El TOC es un equipo usado para el anlisis del contenido de carbono de las

muestras lquidas extradas de los ensayos de absorcin en continuo o discontinuo. Los

resultados servirn para cerrar los balances de materia que se realizan entre el CO2

inyectado en la instalacin y el CO2 medido en el analizador de gas, adems nos dar

informacin sobre la capacidad de carga de CO2 de los absorbentes qumicos que se

ensayan.

El TOC-V CSH mide cantidades de carbono total (TC), carbono inorgnico (IC) y

carbono orgnico total (TOC) en una solucin lquida. El mtodo que usa el TOC para

el anlisis es el de combustin oxidativa, es un mtodo extensamente usado y

recomendado por los estndares analticos internacionales.

Este equipo adems tiene la posibilidad de medir el nitrgeno total (TN) ya que tiene

instalado el mdulo TNM-1 (Ilustracin 7. 1). El nitrgeno total es analizado por el

mtodo de combustin oxidativa-quimioluminiscencia. El anlisis del nitrgeno total no

es objetivo para las muestras que se van a obtener de la instalacin de absorcin de

CO2 descritas en los captulos anteriores.

El carbono orgnico (TOC) se enlaza con hidrgeno u oxgeno para formar

compuestos orgnicos. El carbono inorgnico (IC o TIC) es la base estructural de los

compuestos inorgnicos tales como carbonatos del gas e iones de carbonato.

Colectivamente, nos referimos a las dos formas de carbono como carbono total (TC) y

la relacin entre ellas es expresado como TOC=TC-IC.

El equipo dispone de un software que puede instalarse en un PC con el cual puede

controlarse el equipo TOC-V.



7.2. Descripcin del sistema

La Ilustracin 7. 1. el equipo completo. En el centro se encuentra el analizador

TOC-V, a la derecha el equipo auxiliar de medida TNM-1 y a la izquierda puede verse

el automuestreador (ASI) y el ordenador personal con el programa instalado que se

encarga del control del equipo.

Ilustracin 7. 1. Fotografa general exterior del TOC-V

Las siguientes figuras representan de forma detallada todas las vistas del analizador

TOC-V sin tener en cuenta el analizador TNM-1.



Figura 7. 1. Visin del lado derecho del TOC-V

Figura 7. 2. Visin lado izquierdo del TOC-V

Apertura conexin de otra unidad de anlisis

Tubera de drenaje

Tubera de muestra

cido fosfrico

Reactivo IC

Botella de agua dilucin



Figura 7. 3. Visin trasera del TOC-V

Figura 7. 4. Visin general automuestreador

Enchufe corriente elctrica

Entrada gas portador

Absorbedor de CO2

1-Interruptor de re-escritura 2-Terminal cable impresora 3-Terminal RS-232C (1) 4-Terminal RS-232C (2) 5-Cable seal ASI 6-Cable transmisin ASI

Cubierta de la muestra

Ventana de reemplazo de la aguja

Tubera de muestra

Control velocidad agitacin



Figura 7. 5. Visin trasera automuestreador

Figura 7. 6. Visin del interior del TOC-V

Terminal cable de seal

Cable transmisin Tubera drenaje

Tubera solucin aclarado

Puerta delantera



La Figura 7. 6 es la ms interesante ya que se representan todos los equipos que

componen el interior del TOC-V. A continuacin se muestra una lista con la descripcin

del cdigo numrico que aparece en la imagen.

1) Inyector deslizante de la muestra

2) Recipiente del reactivo de IC

3) Vlvula de solenoide

4) Medidor de presin del gas portador

5) Control del flujo del gas portador

6) Medidor del flujo del gas portador

7) Mando de ajuste de la presin del gas portador

8) Medidor del flujo del gas de purga (opcional)

9) Perilla de ajuste del flujo del gas de purga (opcional)

10) Depurador de halgeno

11) Humidificador

12) Bomba (para el suministro de reactivo de IC)

13) Cubierta de la bomba de jeringuilla

14) Jeringuilla de 5mL

15) Vlvula de 8 puertos

16) Vlvula de 3 puertos

Como se representa en la Figura 7. 7 la muestra se introduce en el tubo de

combustin de TC, que se llena con un catalizador de oxidacin y es calentado a

680C. La muestra se quema en el tubo de combustin y, consecuentemente, el

carbono total en la muestra se convierte en dixido de carbono. El gas portador, que

fluye con un caudal de 150mL/min por el tubo de combustin, contiene los productos de

la combustin de la muestra a un deshumidificador electrnico, donde se enfra y

deshidrata el gas. Despus el gas pasa a travs de un filtro para eliminar el cloro y

otros halgenos. Finalmente, el gas con los productos de la combustin llega a la clula

de un analizador infrarrojo no dispersivo (NDIR), donde se detecta la cantidad de

dixido de carbono. El NDIR enva los resultados como una seal anloga de deteccin

que forma un pico; el rea del pico es medida por el software TOC-Control V.

El rea del pico resultante de la medicin es proporcional a la concentracin de TC

de la muestra. Con la ecuacin de una curva de calibracin, que matemticamente

expresa la relacin entre el rea del pico y la concentracin de TC se obtiene la



concentracin de carbono total en la muestra analizada. La curva de calibracin se

genera analizando el carbono total de diferentes soluciones estndar.

Para el anlisis del carbono inorgnico se dispone de un reactor independiente

donde se adiciona una pequea cantidad de cido clorhdrico para obtener un pH

inferior a 3, todos los carbonatos se convierten en dixido de carbono. Este gas

disuelto es volatilizado usando una purga con N2 o aire que no contiene CO2 a travs

de la muestra acidificada. El gas resultante pasa analizador de infrarrojo (NDIR).



Figura 7. 7. Diagrama de flujo bsico del medidor TOC-V



7.3. Procedimiento de anlisis

El TOC-V, que se usa para realizar los anlisis de carbono total, dispone de un

manual de usuario completo. En el se describe detalladamente el funcionamiento del

software y las operaciones de pre-anlisis: rellenar el catalizador, conectar el tubo de

combustin, y reemplazo de la jeringuilla as como otros procedimientos de preparacin

para el anlisis real de la muestra.

Este apartado, procedimiento de anlisis, resume la configuracin del aparato y los

parmetros de anlisis, agregando la informacin del estndar de calibracin y la

creacin de una tabla de muestreo. Se resume como se crean las curvas de calibracin

y archivos de mtodo, llevando a cabo mediciones y comprobando los resultados. La

informacin ms detallada se encuentra en el manual de operacin del fabricante para

este equipo.

7.3.1. Preparacin de muestras

Las muestras lquidas provente de proceso de absorcin han de ser introducidas en

los frascos de muestra del automuestreador de 24 mL. Los frascos han de ser sellados

con film de parafina para evitar la prdida de componentes voltiles en la muestra. El

procedimiento se refleja en la siguiente figura.

Figura 7. 8. Cierre de frascos de muestra para automuestreador



Los pequeos frascos con las muestras se colocan en el soporte del tamao

adecuado en el muestreador ASI-V, las medidas se fijan en el editor de tablas de

muestras que permite empezar el anlisis en cualquier posicin del soporte.

7.3.2. Arranque del equipo

Para encender el equipo hay que pulsar el botn de la parte inferior delantera de

puerta. Lo primero que hay que realizar tras esta operacin es fijar la presin del gas

portador (aire comprimido o aire de la red del laboratorio) a unos 300kPa, no puede

sobrepasar los 600kPa, para esto usar el mando de regulacin de presin del gas

portador (Figura 7. 6 nmero 7).

Para ajustar el caudal de este gas hay que manipular el mando que est a la

derecha del manmetro (Figura 7. 6 nmero 5), el caudal necesario es de 150 mL/min.

Para realizar los anlisis de carbono total es necesario encender el horno desde el

PC. Fijar la temperatura entre 680 y 720C, el horno tarda unos 30 o 40 minutos en

calentarse.

7.3.3. Configuracin del equipo

En este paso se va a seleccionar el tipo de ensayo y las caractersticas de los viales

en el automuestreador. El software dispone de un asistente para la configuracin del

equipo.

Lo siguiente es abrir una nueva tabla de muestra en el men principal y establecer

conexin con el equipo. Crear una tabla de muestra implica tres pasos. Primero

introducir los parmetros de anlisis por defecto y calibracin con una muestra

conocida, segundo, se selecciona los resultados que queremos que nos muestre y por

ltimo el archivo de muestreo se guarda el ensayo en el ordenador en formato .t32.

Configurar el funcionamiento de los estndares de calibracin implica dos pasos: la

creacin de un archivo de calibracin, que almacene informacin sobre la medicin de

estndares de calibracin, y la insercin del funcionamiento estndar de calibracin en

la tabla de muestra generada. Los archivos separados de calibracin se crean para los

anlisis del TC y del TN. La calibracin es una curva del tres-puntos generada usando

mezclas estndares de hidrgeno ftalato de potasio y del cloruro del amonio. Para ello

hay que ejecutar el asistente de curvas de calibracin en el men principal. La



informacin de esta calibracin una vez finalizada aparecer en la primera lnea de la

tabla de muestra.

7.3.4. Medicin

Para realizar la medicin de una muestra desconocida es necesario crear un

archivo de mtodo y despus insertar los resultados en la tabla de muestra

anteriormente generada. En la tabla de muestra hay que abrir un nuevo archivo de

mtodo utilizando el asistente de mtodo. Hay que guardar el archivo de mtodo en

formato .met y en el asistente hay que insertar la curva de calibracin generada y los

parmetros de inyeccin. Los parmetros que pueden modificarse son los siguientes:

- Anlisis (desactivado)

- Unidades

- Volumen de inyeccin

- Nmero de inyecciones

- SD (Desviacin Estndar) Mxima

- CV (Coeficiente de Variacin) Mximo

- Nmero de lavados

- Dilucin automtica

- Adicin de cido

- Porcentaje esperado de concentracin

- Inyecciones mltiples

- Utilizacin de rea del chequeo de blanco

- Re-inyeccin automtica si se exceden los valores mximos de CV y SD.

Antes de comenzar las mediciones hay que comprobar el estado de todos los

detectores del equipo para ello hay que abrir el monitor de la lnea base. El monitor

muestra la seal del ASI y los detectores en tiempo real. Durante el anlisis esta

ventana no podr estar abierta.

Para comenzar la medicin hay que pulsar Star en la tabla de muestra una vez

cargado el archivo de calibracin y el de medicin como antes se ha mencionado. En la

siguiente ventana elegir la opcin de permanecer funcionando y pulsar el botn

empezar en la ventana de comienzo del ASI.

La Ventana de Muestras se divide en 3 secciones. El grfico est en la esquina

superior izquierda, la tabla de parmetros est en la esquina superior derecha, y la



tabla de inyeccin est en la mitad inferior de la ventana. La inyeccin actual se indica

con los asteriscos en la tabla de inyeccin. Mientras que se lleva a cabo cada medicin,

se completa la informacin en la fila apropiada de la tabla. Las inyecciones anteriores

se muestran sobre la fila actual. Utilizar la barra de desplazamiento para ver toda la

informacin, y utilice las pestaas para cambiar entre los tipos de anlisis.

Cuando se han completado todas las mediciones programadas el automuestreador

procede a realizar un aclarado de la lnea de flujo.

7.3.5. Evaluacin de resultados

Para comprobar la curva de calibracin hay que abrirla en la tabla de muestra una

vez finalizadas las mediciones. El coeficiente del valor de determinacin (r2) es una

medida de las linealidades de la relacin entre concentracin y rea de los picos

medidos . En la pantalla se muestra un valor r2 calculado para la calibracin del TC,

porque seleccionamos el clculo de la regresin linear cuando creamos el archivo de

calibracin. Utilizar el valor r2 para determinar el xito de la calibracin. Un valor r2 de 1

indica una relacin perfectamente linear entre la concentracin y el rea.

Los resultados de las mediciones se presentan en un informe final que se puede

obtener del programa. Podemos elegir la informacin que necesitamos en el informe.



7.4. Hoja de especificaciones

Consumo de gas

Alimentacin elctrica

93

PesoDimensiones

Descripcin: Analizador automtico de carbono total de muestras lquidas. Mide cantidades de carbono total (TC), carbono inorgnico (IC) y carbono orgnico total (TOC) en una solucin lquida. El mtodo que usa el TOC para el anlisis es el de combustin oxidativa, es un mtodo

extensamente usado y recomendado por los estndares internacionales.

Dimensiones (W)370x(D)540x(H)490 mm

Peso 14 kg aprox.Tipo de viales 24 mLNmero de viales

Rango de temperatura ambiente 5-35C

Descripcin: Motor del agitador del regeneradorMarca: Shimadzu

Proyecto: Diseo y montaje de una instalacin de laboratorio para la caracterizacin y desarrollo de absorbentes de CO2 basados en aminasHoja de especificaciones

Equipo: TOC

Combustin oxidativa cataltica/celda de infrarrojos no dispersivaMtodo de medidaModelo TOC-V CSH

Funcionamiento Independiento o controlado por PC

300 kPa1440 L/mes aprox.

Pretratamiento ICDilucin de la muestraGas de transpote

Lquidas (opcional slido/gas)Carbono inrganico, carbono orgnico total, carbono total

4g/L

Tiempo de medida TCTiempo de medida ICTipo de inyeccinVolumen de inyeccin

Tipo de muestras Tipo de medidasLmite de deteccinPresicin CV 1,5% max

3 min3 min

Inyeccin automtica

AC 100-127 10%, Max. 800 VA

(W)440x(D)560x(H)450 mm

Automuestreador

10-2000 LTratamiento y rociado automtico

Automtica de 2 a 50 vecesAire de alta pureza

AC 220-240 10%, Max. 1200 VA

40 kg aprox.

Presin de gas

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