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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
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Diseo y montaje de una instalacin de laboratorio para la caracterizacin y desarrollo de absorbentes de CO2 basados en aminas. Captulo 7: Analizador TOC
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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
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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).
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Figura 7. 7. Diagrama de flujo bsico del medidor TOC-V
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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
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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
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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
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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.
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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