Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

TOC im Feststoff -

01.02.2010
neuer Normentwurf DIN EN 15936 Einordnung der Suspensionsmethode - warum kompliziert, wenn es auch einfach geht
Produktmanagerin Summenparameter/Elementaranalyse, Analytik Jena AG.
Die Bestimmung des Parameters TOC in Abfällen, Sedimenten und Schlämmen ist in der DIN EN 13137 geregelt. Als Ersatz für diese Norm ist die DIN EN 15936 vorgesehen, die bislang in Deutschland nur als Entwurf prEN 15936:2009 vorliegt. Am grundsätzlichen Verfahren der TOC-Bestimmung in Feststoffen - der trockenen Verbrennung - hat sich gegenüber der bislang maßgeblichen Methode DIN EN 13137 nichts geändert.
Unterschiede zur gültigen Norm beschränken sich auf:
Die Änderung des Titels - jetzt: Schlamm, Boden, Abfall und behandelter Bioabfall - Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) mittels trockener Verbrennung.Erweiterung des Anwendungsbereiches auf weitere Materialien.Redaktionelle Überarbeitung des Textes.Aufnahme von Verfahrenskenndaten für weitere Materialien.

Der Normentwurf deckt sich damit im normativen Teil weitestgehend mit der Vorgängermethode. In den informativen Teil des Normenentwurfs (Anhang C) wurde das sogenannte Suspensionsverfahren aufgenommen.

Was kann die Suspensionsmethode?
Die Suspensionsmethode erfordert eine besondere Probenvorbereitung der Feststoffproben: Zunächst müssen diese auf eine Korngröße von möglichst Die Suspensionsmethode sieht nach dem Versetzen der Probe mit Salzsäure einen weiteren Homogenisierungsschritt - diesmal mit Hilfe eines Dispergiergerätes - vor, um die Probe weiter zu zerkleinern und Sedimentation zu verhindern. Anschließend erfolgt das Umfüllen in kleinere Probengefäße, um schlussendlich die Probe quasi als "partikelhaltiges Abwasser" an einem handelsüblichen TOC-Flüssiganalysator auf TOC (NPOC) zu analysieren. Der Schritt des Umfüllens ist als "nicht unkritisch" zu bewerten - Proben, die zu schneller Sedimentation neigen oder "schwimmende" Partikel enthalten, können beim Abfüllen in mehrere kleine Probengefäße doch erhebliche Unterschiede in den einzelnen Gefäßen aufweisen - je nachdem, wie schnell und damit wie viele Partikel in die Vials überführt werden konnten. Weiterhin spielen Gefäßgeometrie und Rührfunktion des Probengebers eine große Rolle bei der Überführung eines repräsentativen Aliquots in den Verbrennungsteil des TOC-Analysators. Nicht zuletzt sollte der Analysator selbst eine sehr gute Partikelgängigkeit aufweisen, was in der Regel nur bei genügend großen Querschnitten des Probenzuführungssystems (Schläuche, Spritzen, Ventile u.ä.) und möglichst wenig "Hindernissen" (Ventilen u.ä.) im Probenweg gegeben ist. Unbedingte Voraussetzung für das Einbringen einer repräsentativen Probenmenge in den eigentlichen Reaktor ist die Freiheit des Systems von Komponenten, in welchen die Probe für längere Zeit verweilt und damit die Gefahr der Partikelsedimentation und damit unvollständigen Überführung in den Verbrennungsteil besteht.

Vor der eigentlichen Bestimmung des TOC aus der suspendierten Feststoffprobe muss der TOC-Analysator mit Flüssigstandards kalibriert werden. Hierzu werden in der Regel unterschiedlich konzentrierte Lösungen von Kaliumhydrogenphthalat in Wasser verwendet. Das Herstellen der klassischen Verdünnungsreihe und die eigentliche Kalibrierung über einen weiten Arbeitsbereich stellen wiederum einen erheblichen Zeitaufwand für den Anwender dar. Bei der direkten Verbrennung von Feststoffen in einem Feststoffanalysator wird die Kalibrierung direkt mit unterschiedlichen Einwaagen einer Festsubstanz realisiert - das geht schnell und ist sehr einfach.

Der Aufwand in der Probenvorbereitung für das Suspensionsverfahren ist relativ hoch - und das Ergebnis kritisch zu bewerten. Auch Mehrfachinjektionen aus einem Probengefäß - die bei einem gut partikelgängigen Gerät sicher recht gut reproduzierbar ausfallen können - sind kein Garant für die "Richtigkeit" des erzielten TOC-Wertes.

Eine Alternative gegenüber der direkten trockenen Verbrennung stellt die Suspensionsmethode sicher dann dar, wenn kein Feststoffgerät zur Verfügung steht und nur wenige Proben zu analysieren sind. Jeder TOC-Flüssiganalysator, der die Vorgaben der DIN EN 1484 erfüllt, kann dann zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt werden. Ein analytischer Vorteil kann mit dem Suspensionsverfahren dann erzielt werden, wenn die Proben in ihrer Zusammensetzung sehr hohe Anteile an anorganischem Kohlenstoff gegenüber sehr kleinen Gehalten an organischem Kohlenstoff aufweisen - wie beispielsweise in Kalksteinproben. Als äußerst kritisch ist die Anwendung des Suspensionsverfahrens insbesondere bei heterogen zusammengesetzten Abfällen einzuschätzen.

Vorteile der direkten trockenen Verbrennung
Die Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs mittels trockener Verbrennung wird bevorzugt mit Geräten durchgeführt, die speziell für die Analyse von Feststoffen konzipiert sind. Diese Analysatoren gestatten die Zuführung größerer Probenmengen (teilweise bis zu 3 g) auf geeigneten Probenträgern und sind robust aufgebaut. Die Verbrennung der Proben erfolgt üblicherweise in einem korrosionsbeständigen Keramikverbrennungsrohr bei Temperaturen oberhalb von 1000 °C (bei bis zu maximal 1500 °C). Damit ist die Zersetzung bzw. Oxidation aller Kohlenstoffverbindungen im Sauerstoffstrom zu Kohlenstoffdioxid sichergestellt.

In einem Schritt zum Ergebnis...oder besser noch: gleich zwei Ergebnisse (TIC und TOC). · Schnell, einfach, präzise und richtig.· Zusätzliche Bestimmung des elementaren Kohlenstoffs (EC) möglich.

In einem Schritt zum Ergebnis
Die Probe wird in repräsentativer Menge in ein Keramikschiffchen eingewogen - fertig! Je nach Beschaffenheit des Materials und erwarteten Gehalten an TIC bzw. TOC kann die Menge mühelos adaptiert werden - übliche Einwaagen variieren zwischen 500 und 3000 mg.

Moderne Feststoffanalysatoren (wie beispielsweise der multi EA 4000 der Analytik Jena AG) können nun durch automatische Säurezugabe den anorganischen Anteil des Kohlenstoffs (TIC) direkt im Gerät bestimmen und dasselbe Probeschiffchen anschließend für die Bestimmung des nunmehr dort verbliebenen TOC der Verbrennung zuführen. Damit stehen zwei Ergebnisse in kurzer Zeit zur Verfügung!

Wer die Differenzmethode zur TOC-Bestimmung bevorzugt, kann auch dies mühelos automatisiert in nur einem Analysengang praktizieren. Hierzu werden einfach zwei Teilmengen derselben Probe in zwei Keramikschiffchen eingewogen und nacheinander analysiert. Das erste Schiffchen wird wiederum automatisch mit Säure versetzt und das entstehende CO2 direkt über das Detektionssystem als TIC-Signal erfasst. Anschließend wird das zweite Schiffchen direkt in die heiße Zone des Ofens überführt, um die Bestimmung des gesamten Kohlenstoffs (TC) durchzuführen. Abschließend wird das Ergebnis automatisch aus TC - TIC = TOC ermittelt (Bild 1).

Schnell, einfach, präzise und richtig
Bei inhomogenen Proben kann eine echte Mehrfachbestimmung mit unterschiedlichen Einwaagen dazu beitragen, das Ergebnis statistisch abzusichern. Das geht einfach und schnell. Die Präzision des erzielten Messwertes ist weniger von der Leistungsfähigkeit des Analysengerätes, vielmehr jedoch von der Homogenität des Probenmaterials abhängig. Typische Wiederholgenauigkeiten liegen für eher homogenere Materialien (Böden, Sedimente, Schlämme, Stäube, Aschen) in der Regel bei kleiner 3 % RSD. Bei inhomogeneren Proben aus dem Abfallbereich lassen sich durchaus relative Standardabweichungen von kleiner 5 % erzielen - das ist der Vorteil, der durch größere Probeneinwaagen zum Tragen kommt. Mit Hilfe von Referenzmaterialien kann die Richtigkeit problemlos überprüft werden.

In einer Beispielmessreihe wurde ein zertifizierter Bodenstandard bei sehr unterschiedlichen Einwaagen im Differenzmodus analysiert. Die Wiederfindung für den TOC variierte im Bereich von 96,8 bis 103,5 % und mit einer RSD von 2,3 %.

Zusätzliche Bestimmung des EC
Im Zusammenhang mit der seit April 2009 in Kraft getretenen Verordnung zur Vereinfachung des Deponierechts spielt die Bestimmung des elementaren Kohlenstoffs (EC) in Abfällen eine zunehmend bedeutendere Rolle. Laut geltender Verordnung ist eine Überschreitung der Zuordnungswerte für TOC mit Zustimmung der zuständigen Behörde zulässig, wenn die Überschreitung beispielsweise durch elementaren Kohlenstoff verursacht wird. Das Interesse an der Bestimmung dieses Parameters steigt, ein genormtes Verfahren zu dessen Bestimmung liegt bislang nicht vor. Ein mögliches Verfahren zur Ermittlung des EC stellt die Pyrolysemethode dar. Diese Methode kann bei einigen Feststoffgeräten, die zur TOC-Bestimmung eingesetzt werden, angewendet werden (u.a. mit dem multi EA 4000). Die Pyrolysemethode lässt sich sehr gut automatisieren und bereitet keinen zusätzlichen Aufwand in der Probenvorbereitung.

Die Methode der trockenen Verbrennung kann also vielfältig für die Bestimmung mehrerer Parameter genutzt werden. Sie ist die Methode der Wahl für eine Vielzahl von Proben, lässt sich hervorragend automatisieren und weist eindeutige analytische Vorteile auf.

Birgit Wittenburg*) | LABO
Weitere Informationen:
http://www.labo.de/Fachbeitraege/TOC-Analysator-multi-EA-4000_id_3288__dId_479470__app_510-31571_.htm

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Neues Verfahren für die Erkennung von Brustkrebs etabliert
06.12.2017 | Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH

nachricht Mit Algorithmen Krankheiten erkennen
05.12.2017 | Hochschule Landshut

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Im Focus: Realer Versuch statt virtuellem Experiment: Erfolgreiche Prüfung von Nanodrähten

Mit neuartigen Experimenten enträtseln Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Technischen Universität Hamburg, warum winzige Metallstrukturen extrem fest sind

Ultraleichte und zugleich extrem feste Werkstoffe – poröse Nanomaterialien aus Metall versprechen hochinteressante Anwendungen unter anderem für künftige...

Im Focus: Geburtshelfer und Wegweiser für Photonen

Gezielt Photonen erzeugen und ihren Weg kontrollieren: Das sollte mit einem neuen Design gelingen, das Würzburger Physiker für optische Antennen erarbeitet haben.

Atome und Moleküle können dazu gebracht werden, Lichtteilchen (Photonen) auszusenden. Dieser Vorgang verläuft aber ohne äußeren Eingriff ineffizient und...

Im Focus: Towards data storage at the single molecule level

The miniaturization of the current technology of storage media is hindered by fundamental limits of quantum mechanics. A new approach consists in using so-called spin-crossover molecules as the smallest possible storage unit. Similar to normal hard drives, these special molecules can save information via their magnetic state. A research team from Kiel University has now managed to successfully place a new class of spin-crossover molecules onto a surface and to improve the molecule’s storage capacity. The storage density of conventional hard drives could therefore theoretically be increased by more than one hundred fold. The study has been published in the scientific journal Nano Letters.

Over the past few years, the building blocks of storage media have gotten ever smaller. But further miniaturization of the current technology is hindered by...

Im Focus: Successful Mechanical Testing of Nanowires

With innovative experiments, researchers at the Helmholtz-Zentrums Geesthacht and the Technical University Hamburg unravel why tiny metallic structures are extremely strong

Light-weight and simultaneously strong – porous metallic nanomaterials promise interesting applications as, for instance, for future aeroplanes with enhanced...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Papstar entscheidet sich für tisoware

08.12.2017 | Unternehmensmeldung

Natürliches Radongas – zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs

08.12.2017 | Unternehmensmeldung

„Spionieren“ der versteckten Geometrie komplexer Netzwerke mit Hilfe von Maschinenintelligenz

08.12.2017 | Biowissenschaften Chemie