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 Sehbehinderte sollen durch Elektrostimulationen besser sehen
09.07.2020 | Universität Zürich

nachricht Lichtorgel im Ohr: Erstmals Einsatz von vielkanaligen Cochlea-Implantaten mit Mikro-Leuchtdioden
06.07.2020 | Universitätsmedizin Göttingen - Georg-August-Universität

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Im Focus: Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen

Verlustfreie Stromleitung bei Raumtemperatur? Ein Material, das diese Eigenschaft aufweist, also bei Raumtemperatur supraleitend ist, könnte die Energieversorgung revolutionieren. Wissenschaftlern vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ an der Universität Hamburg ist es nun erstmals gelungen, starke Hinweise auf Suprafluidität in einer zweidimensionalen Gaswolke zu beobachten. Sie berichten im renommierten Magazin „Science“ über ihre Experimente, in denen zentrale Aspekte der Supraleitung in einem Modellsystem untersucht werden können.

Es gibt Dinge, die eigentlich nicht passieren sollten. So kann z. B. Wasser nicht durch die Glaswand von einem Glas in ein anderes fließen. Erstaunlicherweise...

Im Focus: The spin state story: Observation of the quantum spin liquid state in novel material

New insight into the spin behavior in an exotic state of matter puts us closer to next-generation spintronic devices

Aside from the deep understanding of the natural world that quantum physics theory offers, scientists worldwide are working tirelessly to bring forth a...

Im Focus: Im Takt der Atome: Göttinger Physiker nutzen Schwingungen von Atomen zur Kontrolle eines Phasenübergangs

Chemische Reaktionen mit kurzen Lichtblitzen filmen und steuern – dieses Ziel liegt dem Forschungsfeld der „Femtochemie“ zugrunde. Mit Hilfe mehrerer aufeinanderfolgender Laserpulse sollen dabei atomare Bindungen punktgenau angeregt und nach Wunsch aufgespalten werden. Bisher konnte dies für ausgewählte Moleküle realisiert werden. Forschern der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es nun gelungen, dieses Prinzip auf einen Festkörper zu übertragen und dessen Kristallstruktur an der Oberfläche zu kontrollieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Das Team um Jan Gerrit Horstmann und Prof. Dr. Claus Ropers bedampfte hierfür einen Silizium-Kristall mit einer hauchdünnen Lage Indium und kühlte den Kristall...

Im Focus: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Erster Test für neues Roboter-Umweltmonitoring-System der TU Bergakademie Freiberg

10.07.2020 | Informationstechnologie

Binnenschifffahrt soll revolutioniert werden: Erst ferngesteuert, dann selbstfahrend

10.07.2020 | Verkehr Logistik

Robuste Hochleistungs-Datenspeicher durch magnetische Anisotropie

10.07.2020 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics