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 Highspeed-Laser erkennt Krebs in zwei Minuten
25.04.2017 | University of Hong Kong

nachricht Pharmacoscopy: Mikroskopie der nächsten Generation
25.04.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie