Rozwi¹zania dla klientów
Transkrypt
Rozwi¹zania dla klientów
12 User Com Chemia analityczna Miareczkowanie, systemy pH, gêstoœciomierze i refraktometry Automatyczne miareczkowanie k¹pieli galwanicznych W Wiedniu, stolicy Austrii, uruchomiono w pe³ni zautomatyzowany system Titration Excellence do niezale¿nego oznaczania stê¿eñ niklu, podfosforynu oraz ortofosforanu w k¹pielach niklowych. System wykonuje wszystkie czynnoœci, pocz¹wszy od ca³ego procesu przygotowania próbki, poprzez analizê, a¿ po obliczenia i zamykanie zlewek po wykonanej analizie. Realizacja wszystkich wspomnianych powy¿ej czynnoœci wymaga zastosowania kilku bardzo ciekawych rozwi¹zañ. L. Candreia Firma Collini produkuje w Wiedniu od 1890 r. twarde pow³oki chromowe dla przemys³u maszynowego. W ci¹gu ostatnich dwudziestu lat firma wyspecjalizowa³a siê w wytwarzaniu "pow³ok trybologicznych" dla przemys³u samochodowego. Gama oferowanych wyrobów obejmuje twardy chrom, Triflon® , Glatox® i Skintech® , pow³oki z czystych metali, pow³oki z tlenków metali oraz pow³oki kompozytowe. Spe³niaj¹ one wiele wymagañ stawianych przez dostawców komponentów dla przemys³u samochodowego w zakresie odpornoœci na œcieranie, oczekiwanych wartoœci dotycz¹cych kontrolowanej charakterystyki tarcia, odpornoœci na korozjê oraz estetycznego wygl¹du - komponentów przeznaczonych do uk³adów bezpieczeñstwa, uk³adów napêdowych, paliwowych lub zamykaj¹cych Spis treœci Raporty klientw z Automatyczne miareczkowanie k¹pieli galwanicznych 1 z Miareczkownie metali szlachetnych wed³ug surowych standardów 4 Aplikacje z Automatyczne oznaczanie przewodnic- twa w wodzie o wysokiej czystoœci 6 wspó³czynnik refrakcji, pH i barwa jednoczeœnie 9 z oznaczanie sta³ej trwa³oœci kompleksu przy pomocy miareczkowania potencjometrycznego 13 z Automatyczny pomiar przewodnictwa, pH i mêtnoœci w wodzie pitnej 16 z Gêstoœæ, Uwagi eksperta z Analiza miareczkowa kwaœnych lub zasadowych próbek polioli 20 z Dok³adne oznaczanie stê¿enia kwasów do wytrawiania 23 z Dostosowane do wymagañ u¿ytkownika elektrody laboratoryjne do pomiaru pH w trudnych produktach 26 Nowe produkty Excellence Wersja 2.0 28 pH-metry i konduktometry FiveEasy™ i FiveGo™ 30 z Nowa generacja czujników InLab 30 z Miernik zawartoœci cukru Quick-Brix™ 31 z Titration z Raporty klientów Pow³oki maj¹ gruboœæ od 2 do 50 µm i s¹ osadzane wy³¹cznie z systemów wodnych (elektrolitycznie). Roztwory te wymagaj¹ sta³ego badania ich jakoœci przez laboratorium zak³adowe. Sprawdzeniom poddawane s¹ gêstoœæ, pH oraz przewodnictwo. G³ówne sk³adniki nieorganiczne oznaczane s¹ miareczkowo. Wyniki wykorzystuje siê natychmiast do podjêcia niezbêdnych dzia³añ korekcyjnych w odniesieniu do sk³adu k¹pieli. Codziennie konieczne jest zbadanie przynajmniej siedemdziesiêciu próbek. Do chwili obecnej dzia³ania zwi¹zane z przygotowaniem próbki oraz wykonaniem miareczkowania wykonywane by³y rêcznie. In¿. Günther Krimshandl, pracuj¹cy na stanowisku technika w centralnym laboratorium analitycznym, postanowi³ zautomatyzowaæ proces oznaczania niklu i podforsforymu. Zamierzeniem by³o zastosowanie systemu zautomatyzowanego uwalniaj¹cego u¿ytkownika w mo¿liwie najwiêkszym stopniu od czynnoœci zwi¹zanych z przygotowaniem próbki oraz dostarczaj¹cego szybciej bardziej powtarzalne wyniki analiz. Nie³atwe wyzwanie! Po prostu skompleksuj i utleñ Oznaczanie niklu do punktu równowa¿nikowego przy pomocy EDTA w obecnoœci mureksydu jako wskaŸnika po doprowadzeniu roztworu do odpowiedniego pH przy pomocy amaniaku jest prostym miareczkowaniem. Mureksyd tworzy z niklem zielony kompleks przy pH 10. EDTA zastêpuje mureksyd, tworz¹c z niklem bardziej trwa³y kompleks. W punkcie równowa¿nikowym wys- Rysunek 1: System Titration Excellence miareczkuje równolegle nikiel i podfosforyn, ³¹cznie z etapem przygotowania próbki. 2 têpuj¹ jedynie skompleksowane za pomoc¹ EDTA jony niklu oraz wolny mureksyd. Dowodem na to jest zmiana barwy roztworu z zielonej na purpurow¹. Fototroda DP5™ wykrywa wyraŸn¹ zmianê barwy przy d³ugoœci fali 550 nm oraz okreœla punkt przegiêcia krzywej. Ni-Murexksyd+ Ni2+ + Mureksyd+ Ni-Mureksyd + EDTA4Ni-EDTA2- + MureksydMiareczkowanie podfosforynu sodu jest nieco bardziej absorbuj¹ce. Mo¿na go utleniæ w roztworze, co umo¿liwi³oby jego bezpoœrednie zmiareczkowanie. Konieczne by³oby u¿ycie stosunkowo s³abego czynnika utleniaj¹cego, poniewa¿ w innym przypadku nast¹pi³oby równie¿ utlenienie innych sk³adników k¹pieli. Najlepszym rozwi¹zaniem jest dodanie roztworu jodu. Utlenianie podfosforynu jodem jest jednak¿e stosunkowo woln¹ reakcj¹, co stanowi g³ówny powód niemo¿liwoœci zastosowania jodu w przypadku bezpoœredniego miareczkowania - miareczkowanie zajê³oby wiele godzin. Problem ten rozwi¹zuje miareczkowanie odwrotne: do uprzednio zakwaszonej kwasem siarkowym próbki dodawany jest okreœlony nadmiar jodu. Mieszaninê pozostawia siê pod przykryciem w ciemnym pomieszczeniu w temperaturze pokojowej na przynajmniej 25 minut, czyli do momentu ca³kowitego utlenienia zawartego podfosforynu I2 + H2PO2- + H2O + 3H+ 2I- + HPO32- Nadmiar jodu mo¿na w prosty sposób szybko zmiareczkowaæ rozt- worem tiosiarczanu sodu zgodnie z poni¿szym równiem reakcji 2S2O32- + I2 S4O62- + 2I- Punkt równowa¿nikowy jest okreœlany przy pomocy elektrody redoks DM140-SC, titrator oblicza zawartoœæ podfosforynu. Zawartoœæ ortofosforanu jest okreœlana w podobny sposób. W przeciwieñstwie do miareczkowania podfosforynu, przez przeprowadzeniem utlenienia do roztworu zamiast kwasu siarkowego dodaje siê wodorowêglan sodu w celu jego zalkalizowania. Tu¿ przed miareczkowaniem roztwór jest zakwaszany kwasem octowym. Kolejny rozdzia³ opisuje metodê oznaczania podfosforynu w sposób bardziej szczegó³owy. Miareczkowanie ortofosforamu prowadzi siê w podobny sposób. Titration Excellence dzia³a równolegle Te trzy miareczkowania nie stanowi¹ dla titratorów Excellence ¿adnego problemu. Titrator T90 zosta³ pod³¹czony do dwóch zmieniaczy próbek Rondo 20 i jest w stanie jednoczeœnie w sposób niezale¿ny wykonywaæ wspomniane wy¿ej analizy. Pierwszy zmieniacz próbek Rondo stosowany jest do oznaczania zawartoœci niklu w maksymalnie 20 próbkach, podczas gdy miareczkowanie podfosforynu lub ortofosforanu w tych samych próbkach odbywa siê na drugim zmieniaczu próbek. Szczególn¹ uwagê zwrócono na automatyzacjê procesu przygotowania próbki. Na przyk³ad, przy oznaczaniu niklu amoniak dodawany jest przy pomocy pompy perystaltycznej SP250. Wodê do rozcieñczenia podaje pompa membranowa. Podobnie, w przypadku oznaczania podfosforynu, dozowanie kwasu siarkowego i wody do zlewki odbywa siê automatycznie przy pomocy pomp SP250. Jod do miareczkowania odwrotnego jest bardzo dok³adnie dozowany przy pomocy biurety. Poniewa¿ ka¿da próbka z podfosforanem jest poddawana obróbce, a nastêpnie pozostawiana na 25 minut, w miêdzyczasie przygotowaæ mo¿na inne próbki. Z tego powodu, zastosowana zosta³a metoda zautomatyzowana wykorzystuje dwie pêtle analizy próbek. W pierwszej pêtli odbywa siê przygotowanie próbek. Nastêpnie, pierwsza próbka jest podawana do wie¿y miareczkuj¹cej Rondo. Druga pêtla (miareczkowanie) jest uruchamiana po up³ywie przynajmniej 25 minut od momentu przygotowania pierwszej próbki. Inaczej, przed rozpoczêciem miareczkowania odwrotnego system odczeka, a¿ up³ynie wymagany czas oczekiwania. Koordynacja dzia³añ w czasie optymalizuje wydajnoœæ Poniewa¿ liczba próbek w serii mo¿e siê zmieniaæ w zakresie od 1 do 19, sta³y czas oczekiwania próbek pomiêdzy pêtlami prowadzi³by do marnowania cennego czasu. Przygotowanie krótkich serii próbek jest mniej czasoch³onne w porównaniu z d³ugimi seriami, co wymusza wyd³u¿enie czasu oczekiwania przed miareczkowaniem dla krótszych serii. Problem ten zosta³ rozwi¹zany poprzez wprowadzenie odpowiedniej koordynacji dzia³añ w czasie: przed pierwsz¹ pêtl¹ definiowana jest wielkoœæ pomocnicza, która na pocz¹tku przyjmuje wartoœæ zero. Po ka¿dej próbce, wielkoœci pomocniczej przypisywana jest wartoœæ bêd¹ca sum¹ poprzedniej wartoœci plus tUSE, gdzie tUSE jest czasem, który up³yn¹³ od momentu rozpoczêcia analizy tej konkretnej próbki. Po przejœciu przez pêtlê wszystkich próbek, wartoœæ wielkoœci pomocniczej odpowiada czasowi, który up³yn¹³ od momentu przygotowania pierwszej próbki. Teraz nastêpuje uruchomienie drugiej pêtli, na której pocz¹tku realizowane s¹ cztery specjalne funkcje mieszad³a. Pierwsza funkcja realizuje mieszanie przez 20 minut, druga przez 15 minut, trzecia przez 10 minut, czwarta przez 5 minut. Szybkoœæ mieszad³a jest ustawiona na 0%. Innymi s³owy, mieszad³o w zasadzie nie miesza. Wprowadza ono jedynie czas oczekiwania. Nie wszystkie funkcje mieszad³a s¹ realizowane, tylko te, które s¹ potrzebne do zapewnienia dla pierwszej próbki czasu oczekiwania przynajmniej 25 minut, czyli czasu potrzebnego na ca³kowite przereagowanie jodu z podfosforynem. Ka¿da z czterech funkcji zawiera warunek uwzglêdniaj¹cy wartoœæ wielkoœci pomocniczej ustalonej w pierwszej pêtli, przez co mo¿liwy jest wybór w³aœciwej funkcji mieszad³a: jeœli wartoœæ ta wynosi mniej ni¿ 10 minut, mieszanie prowadzone jest przez 20 minut. Jeœli mieœci siê ona w przedziale pomiêdzy 10 i15 minut, mieszanie jest prowadzone przez 15 minut i tak dalej. Jeœli wielkoœæ pomocnicza przyjmuje wartoœæ, która przekracza ju¿ 25 minut, etap mieszania jest pomijany i nastêpuje natychmiastowe przejœcie do etapu miareczkowania (Rys. 3). W ten sposób, zapewniony jest zawsze czas potrzebny dla prawid³owego przebiegu reakcji bez wzglêdu na liczbê analizowanych próbek, ale bez straty czasu. Rysunek 3: W zale¿noœci od czasu potrzebnego na przygotowanie wszystkich próbek w pierwszej pêtli, miareczkowanie pierwszej próbki rozpoczyna siê po czasie przynajmniej 25 minut, który jest potrzebny do prawid³owego przebiegu reakcji. Reakcja w ciemnoœci dziêki systemowi CoverUp™ Reakcja jodu z podfosforynem musi byæ przeprowadzona w ca³kowitej ciemnoœci. Z tego te¿ powodu, do miareczkowania wykorzystywane s¹ czerwone zlewki, które nie przepuszczaj¹ œwiat³a o d³ugoœciach fal zak³ócaj¹cych reakcjê. Próbki s¹ przykryte w sposób uniemo¿liwiaj¹cy transmisjê œwiat³a oraz ucieczkê jodu, co niew¹tpliwie wp³ynê³oby na wynik. Pokrywka w znacznym stopniu redukuje nieprzyjemny zapach oparów amoniaku. Niezawodne urz¹dzenie CoverUp™ zdejmuje pokrywkê ze zlewki tu¿ przed rozpoczêciem miareczkowania i umieszcza pokrywkê z powrotem na zlewce po jego zakoñczeniu (Rys. 4). Zapewnia Rysunek 2: Najpierw wszystkie próbki przechodz¹ przez Pêtlê 1. 1. Po przygotowaniu ostatniej próbki wszystkie próbki przechodz¹ przez Pêtlê 2. H = Wielkoœæ pomocnicza: czas ca³kowity przygotowania wszystkich próbek w pierwszej pêtli. 3 Rozwi¹zania dla klientów to przebieg reakcji do samego koñca bez jakichkolwiek zewnêtrznych zak³óceñ. Dane dotycz¹ce próbek wprowadzane s¹ na komputerze i analiza siê rozpoczyna. Oprogramowanie komputerowe LabX titration PC steruje prac¹ systemu Titration Excellence oraz zapisuje odpowiednie dane, które mo¿na w prosty sposób przetwarzaæ. Wyniki szybkie i wiarygodne Firma Collini jest bardzo zadowolona z korzyœci wynikaj¹cych z zastosowania opisanego systemu, jak równie¿ ze wsparcia technicznego zapewnionego przez firmê METTLER TOLEDO w zakresie serwisu oraz aplikacji. Titratory Excellence s¹ proste w rutynowym u¿ytkowaniu, mimo to zapewniaj¹ pe³n¹ elastycznoœæ w obszarze prac badawczo-rozwojowych. Wyniki analiz s¹ bardziej wiarygodne w porównaniu z analizami realizowanymi manualnie. Czas miareczkowania w przypadku analizy przynajmniej 70 próbek zosta³ znacz¹co skrócony dziêki zas- tosowaniu m¹drze przemyœlanej automatyzacji. Wyniki s¹ uzyskiwane wczeœniej, st¹d mo¿liwe jest szybsze zareagowanie na zmiany wystêpuj¹ce w sk³adzie roztworów k¹pieli. Co wiêcej, zautomatyzowany zosta³ ca³y proces przygotowania próbki, w rezultacie czego uzyskano znacz¹c¹ oszczêdnoœæ czasu: ca³kowity czas analizy zosta³ skrócony z 10 roboczogodzin do 4,5 godziny pracy titratora. Günther Krimshandl jest bardzo zadowolony: "System spe³ni³ wszystklie nasze oczekiwania w odniesieniu do stopnia automatyzacji oraz przewy¿szy³ nasze oczekiwania w zakresie stabilnoœci. Czas od momentu przyjêcia próbki do momentu dostarczenia wyniku badania uleg³ znacz¹cemu skróceniu przy jednoczesnej poprawie odtwarzalnoœci wyników badania." Rysunek 4: CoverUp™ zdejmuje pokrywkê tu¿ przed rozpoczêciem miareczkowania oraz ponownie przykrywa zlewkê tu¿ po jego zakoñczeniu. Pozwala to zapobiec ucieczce oparów o nieprzyjemnym zapachu. Collini Wiedeñ Twój Partner w „Systemach pow³ok trybologicznych” OdwiedŸ nasz¹ stronê internetow¹ www.collini.eu Miareczkowanie metali szlachetnych wed³ug surowych standardów I. Orlov D. Chirkin Na pierwszy rzut oka, miareczkowanie srebra jest bardzo proste. Jednak¿e, w przypadku oznaczania jego zawartoœci w stopach pojawiaj¹ siê wyzwania wynikaj¹ce z koniecznoœci spe³niania wy¿szych wymagañ w odniesieniu do dok³adnoœci. W niniejszym artykule zaprezentowano sposób, w jaki firma METTLER TOLEDO wspiera wa¿nego producenta metali szlachetnych w Rosji w realizacji ca³ego procesu miareczkowania dziêki zastosowaniu doskona³ych rozwi¹zañ sprzêtowych. Masowa produkcja miedzi Spó³ka gie³dowa "Uralelekromed" (UEM) jest nowoczesnym zak³adem przemys³owym i jednym z najwiêkszych producentów miedzi na Uralu w Rosji. Roczna produkcja zak³adu to 35 tys. ton miedzi. Firma powsta³a w 1934 r. i w tej chwili zatrudnia powy¿ej 11 tys. pracowników. Jest to zak³ad o charakterze unikalnym. Proces produkcyjny obejmuje pe³ny cykl przetwarzania miedzi od wydobycia rudy do wytworzenia miedzi konwertorowej ("blister copper") oraz stopów miedzi. Oprócz miedzi produkowane s¹ tak¿e srebro, z³oto oraz inne metale szlachetne. Doskona³e rozwi¹zania sprzêtowe METTLER TOLEDO Rysunek 1: Widok zak³adu Uralelekromed z lotu ptaka. 4 W systemie kontroli jakoœci Spó³ki funkcjonuje 18 wydzia³ów, w których wykorzystywane s¹ ró¿ne techniki analityczne: emisyjna spektrometria atomowa (AES), optyczna spektrome- tria emisyjna ze wzbudzeniem w plazmie indukcyjnie sprzê¿onej (ICPOES), absorpcyjna spektrometria atomowa (AAS), woltamperometria, amperometria oraz nie mniej wa¿ne wa¿enie i miareczkowanie. Od kilku lat Spó³ka realizuje program wymiany wyposa¿enia badawczego. W ramach programu wymiany wyposa¿enia w poszczególnych wydzia³ach wybrane zosta³y rozwi¹zania sprzêtowe firmy METTLER TOLEDO. Za takim wyborem przemawia³y nastêpuj¹ce przes³anki: · Szeroki wybór modeli przyrz¹dów oraz pe³ne wsparcie procesu analitycznego obejmuj¹cego rozwi¹zania z zakresu wa¿enia, miareczkowania oraz oprogramowania. · Doskona³oœæ techniczna oraz posiadane kompetencje w obszarze aplikacji pozwalaj¹ce dostarczyæ optymalne rozwi¹zania odpowiadaj¹ce konkretnym potrzebom u¿ytkownika · Wysoka jakoœæ produktów oraz wynikaj¹cy z niej zapewniony d³ugi czas eksploatacji · Doskona³e wsparcie techniczne klienta oraz serwis znajduj¹ce siê w pobli¿u zak³adu Rysunek 2: Miareczkowanie miedzi. Miareczkowanie miedzi z najwy¿sz¹ dok³adnoœci¹ W 2004 roku Spó³ka uzyska³a certyfikat "Dobrej Dostawy" ("Good Delivery") wystawiony przez Londyñsk¹ Gie³dê Metali Szlachetnych (London Bullion Market Association) dla srebra, a w 2006 dla z³ota. Aby byæ w zgodzie ze wszystkimi zasadami "Dobrej Dostawy" w zakresie produkukcji srebra, Spó³ka musi spe³niaæ surowe wymagania odnosz¹ce siê do dok³adnoœci wyników analiz wyrobów koñcowych. Na przyk³ad, srebro w stopach nale¿y oznaczaæ z dok³adnoœci¹ ±0.01% (odchylenie od wartoœci prawdziwej). Proces badawczy obejmuj¹cy analizê miareczkow¹ stopów srebra o zawartoœci srebra od 10 do 30% (z³om srebrny), od 92 do 99% (stop Ag/Au) oraz 99.99% (czyste srebro) sk³ada siê z kilku etapów: · odwa¿enie ma³ej porcji stopu/metalu (oko³o 0,5 g, w zale¿noœci od zawartoœci srebra) z rozdzielczoœci¹ ±0,00001 g. · Rozpuszczenie próbki w stê¿onym kwasie azotowym oraz rozcieñczenie roztworu wod¹ zdejonizowan¹ w kolbie miarowej (50 lub 100 mL, w zale¿noœci od zawartoœci srebra). · Pobranie czêœci roztworu i zmiareczkowanie go w titratorze DL55 roztworem NaCl o stê¿eniu 0,465 mol/L. Ka¿dy etap jest niezmiernie wa¿ny dla prawid³owego wykonania analizy, P. Mazgalin, Kierownik Centralnego Laboratorium firmy powiedzia³: "Dokonaliœmy wyboru wagi analitycznej AX105DR do wa¿enia próbek srebra ze wzglêdu na jej wysok¹ rozdzielczoœæ, dok³adnoœæ i ³atwoœæ obs³ugiwania. Dodatkowo szybka stabilizacja wagi pozwala oszczêdziæ mnóstwo czasu w warunkach, gdzie istnieje koniecznoœæ wykonywania badañ wielu próbek w ci¹gu dnia". Titrator DL55 pracuje w uk³adzie ze srebrow¹ elektrod¹ jonosektywn¹ (DX308) oraz elektrod¹ referencyjn¹ (DX200); taki uk³ad pozwala uzyskaæ doskona³e wyniki oznaczania zawartoœci srebra w szerokim spektrum stê¿eñ. Powodem tak niezwyk³ej sprawnoœci jest bardzo niski poziom szumu oraz wysoka rozdzielczoœæ krzywych miareczkowania, która objawia siê w postaci wyraŸnego skoku w punkcje równowa¿nikowym. P. Mazgalin, Kierownik Centralnego Laboratorium firmy UEM: "Dziêki zastosowaniu titratora DL55 jesteœmy w stanie zwiêkszyæ iloœæ analizowanych próbek oraz poprawiæ dok³adnoœæ, precyzjê oraz wiarygodnoœæ wyników badañ. Dodatkowo, wszystkie titratory METTLER TOLEDO zosta³y wyposa¿one w rosyjski interfejs, co jest dla nas niezwykle wa¿ne, poniewa¿ rozwi¹zanie to pomaga nam unikn¹æ kosztownych b³êdów". Rozbudowa systemu miareczkowania Firma UEM jest bardzo zadowolona ze stosowania w swoich laboratoriach wyposa¿enia METTLER TOLEDO, poniewa¿ uzyskiwane wyniki badañ charakteryzuj¹ siê doskona³¹ dok³adnoœci¹ i wiarygodnoœci¹. Dziêki temu Spó³ka ma pewnoœæ, ¿e jej klienci nie bêd¹ sk³adaæ reklamacji, poniewa¿ wszystkim wynikom badañ odnosz¹cym siê do jakoœci i iloœci sprzedanych im metali szlachetnych towarzyszy odpowiednia spójnoœæ pomiarowa. Spó³ka UEM planuje w chwili obecnej modernizacjê titratora DL55 poprzez dodanie zmieniacza próbek Rondo. Planowana zmiana pozwoli bardziej skutecznie zarz¹dzaæ zwiêkszon¹ iloœci¹ próbek przeznaczonych do analizy, Rysunek 3: Sztabki srebra a wdro¿enie oprogramowania steruj¹cego LabX titration PC zapewni odpowiednie dokumentowanie dzia³añ oraz uproszczenie procesu opracowania metod badawczych. Spó³ka stosuje w chwili obecnej miareczkowanie rêczne w zakresie oznaczania zawartoœci miedzi w k¹pielach galwanicznych. Miareczkowanie odbywa siê z zastosowaniem roztworu tiosiarczanu sodu w obecnoœci skrobii jako wskaŸnika. Firma planuje dalsz¹ modernizacjê laboratoriów poprzez wyposa¿enie ich w automatyczne systemy miareczkuj¹ce wykorzystuj¹ce nowe titratory serii Titration Excellence. Celem tych dzia³añ jest poprawa jakoœci analiz oraz mo¿liwoœæ wykonywania badañ zwiêkszonej iloœci próbek. 5 Rozwi¹zania dla klientów Zautomatyzowane oznaczanie przewodnictwa w wodzie o wysokiej czystoœci Stosowanie wody o wysokiej czystoœci w produkcji szczepionek oraz innych produktów farmaceutycznych podawanych w postaci zastrzyków determinujm¹ wymagania normy USP26 <645>. W niniejszej pracy monograficznej przewodnictwo wody jest traktowane jako kluczowy wskaŸnik jej przydatnoœci do stosowania w procesach produkcyjnych. S. Vincent Przewodnictwo wody jest bezpoœrednim miernikiem jej zdolnoœci do przewodzenia pr¹du elektrycznego. Iloœæ przep³ywaj¹cego pr¹du zale¿y od stê¿enia obecnych jonów oraz ich ruchliwoœci. Przewodnictwo elektrolityczne roztworu jest równie¿ funkcj¹ Rysunek 1: Zasada pomiaru przewodnictwa. temperatury, pH roztworu oraz iloœci rozpuszczonego dwutlenku wêgla. Norma opisuje przewodnictwo spowodowane tymi czynnikami jako "przewodnictwo wewnêtrzne" ("intrinsic conductivity"). Przewodnictwo wywo³ane obecnoœci¹ innych jonów rozpuszczonych w wodzie (mianowicie sodu, amoniaku i chlorków) jest Tabela 1: Wartoœci graniczne przewodnictwa dla etapu 1. 6 Temperatura [0C] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Przewodnictwo [µS/cm] 0.6 0.8 0.9 1.0 1.1 1.3 1.4 1.5 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.4 2.5 2.7 2.7 2.7 2.7 2.9 3.1 okreœlane jako "przewodnictwo uboczne" ("extraneous conductivity"). Norma definiuje trzyetapowy proces pozwalaj¹cy zmierzyæ te wp³ywy: Etap 1 Pomiar przewodnictwa (wewnêtrznegfo i ubocznego) i temperatury Temperaturê i przewodnictow badanej próbki wody mierzy siê bez mieszania i kompensacji temperaturowej. Mierzone wartoœci porównuje siê z wartoœciami granicznymi podanymi w tabeli 1 USP (tabela 1). Jeœli wartoœæ przewodnoœci granicznej nie jest przekroczona, wynik badania jest zadowalaj¹cy. Woda w tym przypadku mo¿e byæ zastosowana w procesie produkcyjnym. Etap 2 Wp³yw absorpcji dwutlenku wêgla (przewodnictwo wewnêtrzne) W przypadku próbek nie spe³niaj¹cych wymagania etapu 1 przeprowadzane jest badanie wp³ywu CO2 polegaj¹ce na utrzymywaniu próbki w sta³ej temperaturze 25 °C ±1 °C. Nastêpnie próbka jest poddawana intensywnemu mieszaniu w celu stymulacji absorpcji CO2. Przewodnictwo próbki jest monitowane podczas mieszania i jeœli w ci¹gu 5 minut wartoœæ przewodnictwa nie zmieni siê o wiêcej ni¿ 0,1 µS/cm przyjmowana jest wartoœæ koñcowa. Jeœli wartoœæ koñcowa znajduje siê poni¿ej 2,1 µS/cm, wynik badania jest zadowalaj¹cy. Etap 3 £¹czny wp³yw pH i dwutlenku wêgla W przypadku próbek, dla których uzyskano niezadowalaj¹ce wyniki badañ w drugim etapie, nale¿y wykonaæ w ci¹gu 5 minut badanie koñcz¹ce. Najpierw, na ka¿de 100mL próbki badanej nale¿y dodaæ 0,3 mL nasyconego roztworu KCl. Próbkê podczas badania nale¿y ponownie utrzymywaæ w sta³ej temperaturze 25 °C ±1 °C.; Nale¿y zbadaæ pH próbki. Wartoœæ pH powinna siê mieœciæ w zakresie od 5,0 do 7,0. Dla ka¿dej wartoœci poœredniej istnieje wartoœæ graniczna przewodnictwa (patrz tabela 2). Jeœli wartoœæ graniczna przewodnictwa nie zosta³a przekroczona, wynik badania na etapie trzecim nale¿y uznaæ za zadowalaj¹cy. Jeœli wymagania etapu trzeciego nie zosta³y spe³nione, wodê nale¿y uznaæ jako nieprzydatn¹ do zastosowania przy produkcji produktów farmaceutycznych. Automatyzacja Norma USP podaje wymagaj¹ce zalecenia odnosz¹ce siê do parametrów dzia³ania systemów pomiarowych, i a¿ do chwili obecnej zautomatyzowanie tego procesu badawczego by³o trudne w realizacji. Dziêki zastosowaniu titratora T90 serii Excellence o zwiêkszonych mo¿liwoœciach w po³¹czeniu ze zmieniaczem próbek Rondo oraz oprogramowaniem steruj¹cym LabX titration PC mo¿liwa sta³a siê automatyzacja ca³ego procesu w powi¹zaniu z bezpiecznym zarz¹dzaniem danymi. Korzyœci, które niesie automatyzacja, s¹ ogromne. Praca analityka mo¿e skoncentrowaæ siê na innych zadaniach przynosz¹cych zysk. Poszczególne etapy analizy zosta³y podzielone na dwie metody: Etap 1 i 2 jest realizowany dla ka¿dej próbki przy u¿yciu zmieniacza próbek Rondo 20 z systemem CoverUp™ Etap 3 jest realizowany w sposób manualny przez analityka, jeœli istnieje taka potrzeba. Dziêki zastosowaniu urz¹dzenia do nak³adania pokrywek CoverUp™. próbki oczekuj¹ce na statywie zmieniacza próbek s¹ zabezpieczone przed absorpcj¹ CO2 z atmosfery. Pokrywki ze zlewek s¹ zdejmowane tu¿ przed pomiarem, przez co unika siê generowania b³êdnych wyników pomiarów przewodnictwa. (patrz Rys. 2). Kontrola temperatury dla obydwu stanowisk miareczkowania jest prowadzona za pomoc¹ ogrzewacza/ch³odziarki z termoobiegiem zaprogramowanego na utrzymywanie zadanej temperatury 25 °C. Stosowanie wymienników cieplnych zanurzanych w próbce pozwala szybko uzyskaæ stabiln¹ temperaturê bez wzglêdu na temperaturê pocz¹tkow¹ próbki. Temperatura jest ustawiana na 25 °C w celu zapewnienia spe³nienia wymagañ etapu 2, a tak¿e umo¿liwienia bezpoœredniego porównania wyniku uzyskanego w etapie 1 z odpowiedni¹ wartoœci¹ graniczn¹ z tabeli 1 (w tym przypadku 1.3 µS/cm). Metoda obejmuj¹ca etapy 1 i 2 ma nastêpuj¹cy przebieg, co w sposób skrócony przedstawia diagram przep³ywu pokazany na rysunku 3: · Przemyæ dok³adnie zespó³ elektrod, w sta³ej zlewce do przemywañ trzema porcjami po 25 mL wody o wysokiej czystoœci do zastrzyków. Druga pompa zasysa wodê zastosowan¹ do przemycia elektrod i wyrzuca j¹ do œcieków. Unika siê w ten sposób przelania wody w zlewce do przemywañ. Dziêki przemyciu elektrod zapobiega siê równie¿ uzyskaniu b³êdnie wysokich wyników podczas pomiaru na etapie 1. · Zdj¹æ pokrywkê z pierwszej zlewki z próbk¹. · Zmierzyæ temperaturê przy pomocy czujnika DT1000. · Mierzyæ temperaturê do momentu, a¿ spe³niony zostanie warunek wartoœæ <wartoœæ zadana 25.5 °C -T kondycjonowania>25.5 °C. · Mierzyæ temperaturê do momentu, a¿ spe³niony zostanie warunek wartoœæ >wartoœæ zadana 24.5 °C -T kondycjonowania<24.5 °C. · Zmierzyæ przewodnictwo z dok³adnoœci¹ do 0.01 µS/cm, stosuj¹c elektrodê InLab® 740 przy prêdkoœci mieszad³a 0% i bez kompensacji temperatury. · Przes³aæ wartoœci temperatury oraz przewodnictwa dla etapu 1 do oprogramowania steruj¹cego LabX titration Jeœli próbka nie spe³ni³a wymagañ etapu 1, metoda przechodzi do etapu badawczego nr 2. Jeœli wynik uzyskany na etapie 1 jest zadowalaj¹cy, wszystkie czynnoœci zawarte w etapie 2 (oprócz przemywania) s¹ pomijane. Jest to mo¿liwe dziêki dodaniu w titra- torze T90 serii Excellence wyra¿enia warunkowego (E[4]>1.3) dla wszystkich kolejnych funkcji metody a¿ do funkcji przemywania. Niektóre z funkcji do ich realizacji wymagaj¹ spe³nienia wiêcej ni¿ jednego warunku. Równie¿ to nie stanowi ¿adnego problemu dla titratora T90. · Próbka w trakcie pomiaru przewodnictwa elektrod¹ InLab® 740 mieszana jest z du¿¹ prêdkoœci¹. Po ustabilizowaniu siê sygna³u w zakresie zdefiniowanych wartoœci granicznych nastêpuje odczyt wyniku. · Temperatura i wartoœci uzyskane w etapie 2 przesy³ane s¹ do oprogramowania steruj¹cego LabX titration. · Jeœli wynik badania przewodnictwa przekracza 2.1 µS/cm, przyrz¹d wyœwietla polecenie nakazuj¹ce wykonanie oddzielnego badania stanowi¹cego etap 3. Obowi¹zuje tu warunek: E[4]>1.3ANDE[5]>2.1. pH 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.0 Przewodnictwo [µS/cm] 4.7 4.1 3.6 3.3 3.0 2.8 2.6 2.5 2.4 2.4 2.4 2.4 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2.6 3.1 3.8 4.6 Tabela 2: Wartoœci graniczne przewodnictwa dla etapu 3. Przemywanie jest prowadzone przy zastosowaniu tego samego protoko³u co poprzednio. Rysunek 2: Szczegó³y dotycz¹ce konfiguracji dla automatycznego pomiaru przewodnictwa zgodnie z norm¹ USP 26 <645>. Wymiennik cieplny Czujnik przewodnictwa InLab® 740 Czujnik temperatury DT1000 Zmienicz próbek Rondo 20 Pokrywka CoverUp™ Urz¹dzenie do zdejmowania i nak³adania pokrywek 7 Rozwi¹zania dla klientów Rysunek 3: Diagram przep³ywu dla metody. 8 Przykryæ zlewkê z próbk¹ i przejœæ do nastêpnej próbki. Metoda dla etapu 3 przebiega wed³ug podobnego toku postêpowania, gdzie po ustabilizowaniu temperatury nastêpuje pomiar pH za pomoc¹ elektrody DG117-Water. Zmierzona wartoœæ pH jest przesy³ana do oprogramowania steruj¹cego LabX titration, gdzie nastêpuje jej porównanie z wartoœciami zawartymi w tabeli 2. wiarygodne charakteryzowanie wody. Dziêki zastosowaniu w titratorze serii Excellence wydajnego wieloetapowego przemywania elektrod poprzez rozpylanie pomiêdzy poszczególnymi próbkami, zabezpieczania próbek przed absorpcj¹ CO2, kontrolê temperatury oraz wyra¿eñ logicznych zwi¹zanych z podejmowaniem decyzji mo¿liwa jest praca tego urz¹dzenia zgodnie z najbardziej surowymi specyfikacjami. Podsumowanie Wyniki badañ serii próbek pokazuj¹ doskona³¹ precyzjê, która umo¿wia Tabela 3: Wyniki pomiarów pH/przewodnictwa dla etapów 1, 2 i 3 Nr Próbki 1.1 1.2 1.3 1.4 Wartoœæ œrednia n=4 s srel Etap 1[µS/cm] 0.28 0.30 0.29 0.28 0.2875 0.00957 0.33 % Etap 2[µS/cm] - Etap 3[pH] - Wynik Pomyœlny Pomyœlny Pomyœlny Pomyœlny 2.1 2.2 2.3 Wartoœæ œrednia n=3 s srel 1.62 1.64 1.65 1.637 0.01528 0.933 % 1.91 1.90 1.92 1.91 0.01 0.524 % - Pomyœlny Pomyœlny Pomyœlny 3.1 3.81 4.21 6.82 Niepomyœlny Jednoczesne oznaczanie gêstoœci, wspó³czynnika refrakcji, pH i barwy P. Wyss Gêstoœæ i przewodnictwo, wspó³czynnik refrakcji i pH, gêstoœæ, wspó³czynnik refrakcji i przewodnictwo lub gêstoœæ, wspó³czynnik refrakcji, barwa i pH? W kontroli jakoœci cieczy w ka¿dej próbce czêsto oznacza siê kilka ró¿nych w³aœciwoœci fizycznych. W praktyce oznacza to wykonywanie kilku pomiarów jeden po drugim, zestawianie wyników badañ oraz sprawdzanie, czy uzyskane wartoœci mieszcz¹ siê w dopuszczalnych granicach tolerancji. Systemy LiQC firmy METTLER TOLEDO umo¿liwiaj¹ pe³n¹ automatyzacjê procesów analitycznych takich jak ten. W kontroli jakoœci cieczy gêstoœæ i wspó³czynnik refrakcji s¹ czêsto oznaczane razem. Kompaktowe mierniki kombinowane DR40 i DR45 firmy METTLER TOLEDO przeznaczone do oznaczania gêstoœci i wspó³czynnika refrakcji s¹ idealnym rozwi¹zaniem dla takich aplikacji. Przyrz¹dy mog¹ byæ opcjonalnie stosowane z modu³em automatycznym dla pojedynczych próbek SC1 lub ze zmieniaczem próbek SC30. Dostêpne s¹ systemy pomiarowe, które po naciœniêciu jednego przycisku wykonuj¹ jednoczeœnie oznaczanie gêstoœci i wspó³czynnika refrakcji lub stê¿eñ wyliczonych w oparciu o wartoœci tych parametrów dla pojedynczych próbek lub serii próbek. Systemy te w znacz¹cy sposób upraszczaj¹ oznaczanie gêstoœci i wspó³czynnika refrakcji, ale czêsto nie oferuj¹ oczekiwanego przez u¿ytkownika stopnia zautomatyzowania, który jest technicznie mo¿liwy. Obecnie, poszukuje siê systemów, które: 1. Automatycznie okreœlaj¹ mo¿liwie maksymaln¹ liczbê parametrów w jednym cyklu, 2. Potwierdzaj¹, ¿e pomiary zosta³y wykonane prawid³owo 3. Zapewniaj¹ ³atw¹ itegracjê z laboratoryjnymi systemami zarz¹dzania danymi laboratoryjnymi (LIMS)/ systemami ERP (Enterprise Resorce Planning - Planowanie Zasobów Przedsiêbiorstwa), 4. S¹ wyposa¿one w zaawansowany system zarz¹dzania informacj¹ o u¿ytkowniku, 5. Mog¹ w razie potrzeby zostaæ rozbudowane oraz dostosowane, by móc sprostaæ potrzebom specjalnym. Odpowiedzi¹ firmy METTLER TOLEDO na te wymagania jest system LiQC (Quality Control of Liquids - Kontrola Jakoœci Cieczy) we wspó³pracy z klientami z ró¿nych ga³êzi przemys³u. Systemy LiQC oferuj¹ elastyczne rozwi¹zania w zakresie automatycznej kontroli jakoœci homogenicznych cieczy, a tym samym zwiêkszaj¹ wydajnoœæ i bezpieczeñstwo danych. Wiêcej wyników w jednym cyklu pomiarowym W kontroli jakoœci cieczy homogenicznych, poza gêstoœci¹ i wspó³czynnikiem refrakcji mierzy siê tak¿e czêsto pH, przewodnictwo lub barwê. Na przyk³ad, czêsto istnieje potrzeba zbadania próbek tylko w zakresie pH i wspó³czynnika refrakcji lub gêstoœci i barwy. Dziêki LiQC, z ³atwoœci¹ mo¿na wykonaæ automatyczne systemy pomiarowe do jednoczesnego oznaczania tych parametrów. Koncepcja jest bardzo prosta: komputer steruje prac¹ automatycznego systemu pomiarowego sk³adaj¹cego siê z gêstoœciomierza DE, refraktometru RE lub miernika kombinowanego DR razem z modu³em automatycznym SC1 lub SC30. Z takim systemem mo¿na dodatkowo zintegrowaæ w razie potrzeby maksymalnie dwa dodatkowe przyrz¹dy pomiarowe (konduktometr lub pH-metr i kolorymetr) jak równie¿ czytnik kodów kreskowych. Dziêki LiQC, istnieje równie¿ mo¿liwoœæ jednoczesnego obs³ugiwania gêstoœciomierza DE oraz refraktometru RE. Zalet¹ tego systemu jest to, ¿e do oznaczania kilku parametrów wystarczy zastosowanie tylko jednego modu³u automatycznego. Pozwala to w znacz¹cym stopniu uproœciæ przebieg procesu analitycznego oraz oszczêdziæ czas, przestrzeñ i pieni¹dze. Rysunek 1: Widok ogólny systemu LiQC. 9 Rozwi¹zania dla klientów Bezpieczne wyniki pomiarów Zapewnienie jakoœci (QA) mo¿na zdefiniowaæ jako t¹ czêœæ systemu zarz¹dzania jakoœci¹, która jest ukierunkowana na uzyskanie odpowiedniego poziomu zaufania, ¿e odpowiednie wymagania dotycz¹ce jakoœci zosta³y spe³nione. Istotnym elementem zapewnienia jakoœci jest nadzorowanie wyposa¿enia do pomiarów i badañ. Bêd¹c producentem wyposa¿enia, pomagamy naszym klientom nadzorowaæ przyrz¹dy METTLER TOLEDO w stopniu pozwalaj¹cym dostarczyæ wyniki pomiarów, które mieszcz¹ siê w wymaganych granicach dok³adnoœci pomiarowej. W przypadku systemu LiQC mo¿liwe jest szybkie i wiarygodne sprawdzenie gêstoœciomierzy i refraktometrów zintegrowanych w systemie. Jeœli sprawdzenie jest realizowane z zastosowaniem kombinowanego wzorca gêstoœci/wspó³czynnika refrakcji dostarczonego przez firmê METTLER TOLEDO, to ca³a procedura sprawdzenia staje siê niezwykle prosta: umieœciæ wzorzec w module automatycznym - odczytaæ kod kreskowy na œwiadectwie - i klikn¹æ przycisk <Check>. Dok³adnoœæ pomiarowa jest sprawdzana automatycznie, wyniki zostaj¹ wyœwietlone i zapisane razem z danymi zawartymi na œwiadectwie. Regularne sprawdzenie samej tylko dok³adnoœci pomiarowej jednak¿e nie jest w stanie potwierdziæ, ¿e wyniki badañ uzyskiwane przy pomocy systemu pomiarowego mieszcz¹ siê w wymaganych granicach dok³adnoœci pomiarowej. Doœwiadczenie uczy, ¿e najczêstsz¹ przyczyn¹ b³êdów pomiarowych nie jest niedok³adne wyposa¿enie badawcze, lecz nieodpowiednie metody pomiarowe. W praktyce czêsto siê tak zdarza, ¿e uzyskany wynik pomiaru jest prawid³owy, lecz jego interpretacjea jest niew³aœciwa. Co wiêcej, zwykle wymagania odnosz¹ce siê do absolutnej dok³adnoœci pomiarów wykonywanych Rysunek 2: System LiQC. 10 przy pomocy wyposa¿enia badawczego nie s¹ identyczne dla wszystkich produktów, poniewa¿ próbek nie mo¿na zbadaæ z t¹ sam¹ dok³adnoœci¹, co wynika z ró¿nic w ich sk³adzie. Te dodatkowe Ÿród³a b³êdów wynikaj¹ g³ównie ze sposobu, w jaki zwykle pomiary s¹ wykonywane w ramach rutynowej kontroli jakoœci . Na przyk³ad, za³ó¿my, ¿e oznaczona zostanie gêstoœæ produktu, po czym wynik pomiaru zostanie przes³any do Laboratoryjnego Systemu Zarz¹dzania Informacj¹ (LIMS). Typowa procedura bêdzie siê przedstawiaæ nastêpuj¹co: 1. W gêstoœciomierzu wybierana jest metoda, 2. Nastêpuje wstrzykniêcie próbki do celi pomiarowej, 3. Dokonywany jest odczyt wyniku, 4. Cela pomiarowa gêstoœci jest oczyszczana. 5. Wynik pomiaru jest przesy³any wraz z danymi o próbce do laboratoryjnego systemu zarz¹dzania informacj¹. Ka¿dy z tych piêciu etapów stanowi potencjalne Ÿród³o b³êdów: · Od operatora wymaga siê potwierdzenia, ¿e pomiar jest prowadzony w odpowiednich warunkach (ustawienia przyrz¹du takie jak temperatura pomiaru, korekcja lepkoœci, itp.). · Operator musi upewniæ siê przed wstrzykniêciem próbki, ¿e cela pomiarowa jest czysta i sucha oraz ¿e próbka zosta³a wprowadzona do celi pomiarowej w prawid³owy sposób (np. brak jest pêcherzyków powietrza). · Operator jest odpowiedzialny za prawid³owe przeprowadzenie pomiaru. Do niego nale¿y obowi¹zek ustalenia, czy uzyskany wynik pomiaru mieœci siê w granicach wymaganej dok³adnoœci pomiarowej oraz powtórzenia pomiaru, jeœli wymagania odnosz¹ce siê do dok³adnoœci pomiarowej nie zosta³y spe³nione (np. jeœli na pomiar wp³yw mia³y pêcherzyki powietrza). · Operator ma obowi¹zek upewniæ siê, ¿e cela pomiarowa jest czysta i sucha po jej oczyszczeniu. · Jeœli mierzone wartoœci s¹ automatycznie przesy³ane do systemu elektronicznego przetwarzania danych, operator musi koniecznie upewniæ siê, ¿e opis próbki zosta³ prawid³owo wprowadzony oraz ¿e tylko wyniki prawid³owo przeprowadzonych pomiarów zosta³y przes³ane . Jeœli zmierzone wartoœci wwprowadza siê manualnie, nale¿y koniecznie wykluczyæ mo¿liwoœæ wyst¹pienia b³êdów wpisywania. Dziêki zastosowaniu systemu LiQC mo¿liwe jest wyeliminowanie tych Ÿróde³ b³êdu. Odpowiedzialny za to jest Istotny aspekt koncepcji LIQC: w przeciwieñstwie do wiêkszoœci dostêpnych obecnie systemów analitycznych, system LiQC jest zorientowany produktowo, a nie metodologicznie. Charakterystykê wszystkich mierzonych za pomoc¹ systemu produktów mo¿na przechowywaæ w bazie danych MS ACCESS®. W Bazie danych dla ka¿dego produktu mo¿na okreœliæ: · Jak pomiar ma zostaæ przeprowadzony (podanie próbki, pomiar i oczyszczanie) · Które parametry pomiarowe maj¹ zostaæ oznaczone dla produktu · Dok³adnoœæ pomiarowa, z któr¹ poszczególne parametry pomiarowe maj¹ zostaæ oznaczone · Zakres, w którym poszczególne wartoœci pomiarowe maj¹ znaleŸæ siê w odniesieniu do konkretnego produktu Aby oznaczyæ jeden lub wiêcej parametrów pomiarowych przy pomocy systemu LiQC, operator potrzebuje jedynie wprowadziæ identyfikator próbki oraz wybraæ rodzaj produktu. System LiQC wykonuje oznaczenie i przeprowadza oczyszczanie celi pomiarowej, posi³kuj¹c siê ustawieniami zdefiniowanymi dla tego produktu. Wyniki oznaczenia s¹ zapisywane i przesy³ane do Laboratoryjnego Systemu Zarz¹dzania Informacj¹ lub do systemu ERP tylko wtedy, gdy wszystkie parametry zosta³y oznaczone bezb³êdnie. Jeœli system nie by³ w stanie oznaczyæ wszystkich parametrów z dok³adnoœci¹ pomiarow¹ ustalon¹ dla danego produktu, operator jest proszony o powtórzenie pomiaru. Jeœli pomiar zosta³ przeprowadzony prawid³owo, widaæ od razu, czy próbka spe³nia wymagania jakoœciowe w odniesieniu do wszystkich oznaczanych parametrów. Jednak¿e, w powy¿szej procedurze nadal pozostaj¹ dwa istotne Ÿród³a b³êdu, poniewa¿ wprowadzenie identyfikatora próbki oraz wybranie rodzaju produktu s¹ czynnoœciami wykonywanymi manualnie. I w tym miejscu znowu system LiQC oferuje proste rozwi¹zanie: systemy LiQC s¹ w stanie nie tylko odczytywaæ kody paskowe, lecz tak¿e prawid³owo je interpretowaæ. Jeœli wykorzystuje siê kody paskowe zawieraj¹ce jednoczeœnie identyfikacjê próbki oraz informacjê o rodzaju produktu, to nie ma koniecznoœci rêcznego wprowadzania danych w ramach procesu pomiarowego. Kod paskowy mo¿e zostaæ wpisany rêcznie lub, w przypadku pracy ze zmieniaczem próbek, automatycznie. Proces pomiarowy staje siê bardziej bezpieczny i dodatkowo prostszy, poniewa¿ do przeprowadzenia kontroli jakoœci homogenicznych cieczy potrzebna jest realizacja dwóch etapów, a mianowicie: · W przypadku automatycznego badania jednej próbki (SC1): Zeskanowaæ kod paskowy, a nastêpnie umieœciæ próbkê w odpowiednim miejscu ( nie wymagane jest ¿adne naciskanie przycisków!). · W przypadku automatycznego badania serii próbek (zmieniacz próbek SC30): Umieœciæ próbkê w odpowiednim miejscu i nacisn¹æ przycisk Start. £atwa integracja z Laboratoryjnym Systemem Zarz¹dzania Informacj¹ (LIMS) Wa¿nym powodem stworzenia systemu LiQC by³o wymaganie wielu klientów, aby mozliwa byla ³atwa integracja naszych automatycznych systemów pomiarowych z istniej¹cymi laboratoryjnymi systemami zarz¹dzania informacj¹ (LIMS)/ elektronicznymi systemami ERP. Punkt wyjœcia w wiêkszoœci przypadków jest zawsze ten sam: System wy¿szego poziomu (LIMS, ERP) mo¿e uatomatycznie importowaæ wyniki pomiarów w formie plików tekstowych ASCII (lub plików XML). Miejsce przechowywania danych (np. plik, katalog) oraz forma, w jakiej mo¿liwy jest eksport do systemu LIMS s¹ ró¿ne w prawie ka¿dym przypadku. Z tego powodu, w przypadku systemu LiQC format generowanych plików przeznaczonych do eksportu danych mo¿na dowolnie okreœlaæ w ³atwym do obs³ugiwania menu. W zale¿noœci od systemu, wyniki nale¿y tak¿e grupowaæ w ró¿ny sposób w plikach. W niektórych przypadkach Rysunek 3: SC30 z wbudowanym czytnikiem kodów paskowych. wyniki musz¹ zostaæ zapisane do jednego pliku, który jest sporadycznie importowany do i usuwany z systemu wy¿szego poziomu. Istniej¹ jednak¿e systemy, które wymagaj¹ pliku dla ka¿dego wyniku. Plik musi zwykle posiadaæ unikaln¹ nazwê (z licznikiem). W innych przypadkach system LIMS wymaga jednego pliku wynikowego przypadaj¹cego na dany rodzaj produktu lub seriê pomiarów. System LiQC jest w stanie spe³niæ wszystkie te wymagania bez potrzeby zapisywania nawet jednego wiersza kodu. Integracja z systemami LIMS jednak¿e nie dotyczy wy³¹cznie eksportu danych, lecz tak¿e ich importu w formie plików próbek. System LiQC równie¿ proponuje rozwi¹zanie w tym wzglêdzie: do systemu wprowadza siê informacjê o katalogu, w którym system LIMS generuje pliki próbki. Jeœli u¿ytkownik kliknie przycisk START i jeœli plik próbki istnieje, bezpoœrednio wyœwwietlana jest lista próbek przeznaczonych do analizy. Próbki w tym momencie wystarczy umieœciæ w zmieniaczu próbek we w³aœciwym porz¹dku oraz uruchomiæ seriê pomiarow¹. W razie potrzeby system LiQC utworzy dodatkowe lokalne kopie wyników pomiarów. Pliki te mo¿na otwieraæ w arkuszu kalkulacyjnym (np. w EXCEL®) wydrukowaæ je. Istnieje równie¿ mo¿liwoœæ utworzenia pliku, który zawiera wy³¹cznie wyniki pomiarów dla próbek, gdzie jeden lub wiêcej parametrów znajduje siê poza zakresem ustalonych wartoœci granicznych dla danego rodzaju produktu. Oznacza to, ¿e u¿ytkownik ma zawsze informacjê o próbkach, które nie spe³niaj¹ kryteriów jakoœci. rowym jest proste i bezpieczne obs³ugiwanie. System musi uniemo¿liwiaæ jego nieupowa¿nione u¿ytkowanie. To sprawia, ¿e zarz¹dzanie informacj¹ o u¿ytkowniku jest elementem o zasadniczym znaczeniu. W przypadku klasycznego zarz¹dzania informacj¹ o u¿ytkowniku opartym o nazwê u¿ytkownika i has³o, które nale¿y wpisywaæ i zmieniaæ w regularnych odstêpach czasu [1], obs³ugiwanie systemu mo¿e staæ siê bardziej bezpieczne - ale z pewnoœci¹ nie idzie to w parze z ³atwoœci¹ u¿ytkowania. W obecnych czasach mo¿liwe jest zastosowanie systemów zarz¹dzania informacj¹ o u¿ytkowniku umo¿liwiaj¹cych obs³ugiwanie systemów pomiarowych w sposób uproszczony i bardziej bezpieczny, i które s¹ uznawane przez odpowiedzialne w³adze [1]. Jest to spowodowane szybkim rozwojem metod biometrycznych. Firma METTLER TOLEDO wczeœniej rozpozna³a znaczenie takich metod i opatentowa³a systemy zarz¹dzania informacj¹ o u¿ytkowniku oparte na biometrycznej identyfikacji u¿ytkownika. Firma oferuje obecnie t¹ technologiê po raz pierwszy z systemem LiQC. System LiQC jest zawsze dostarczany z czytnikiem linii papilarnych. Pozwala to na identyfikacjê wszystkich u¿ytkowników systemu pomiarowego oraz zdefiniowanie dla nich praw dostêpu. W rutynowej eksploatacji wszystkie funkcje systemu Rysunek 4: Czytnik linii papilarnych. Zaawansowane zarz¹dzanie informacj¹ o u¿ytkowniku Istotnym wymaganiem stawianym automatycznym systemom pomia11 Rozwi¹zania dla klientów pomiarowego (np. oprogramowanie LIQC, klawiatury gêstoœciomierza oraz refraktometru) s¹ domyœlnie zablokowane poza przypadkami zatrzymania awaryjnego. U¿ytkownik uzyskuje dostêp do systemu po umieszczeniu palca na czytniku. System LiQC automatycznie rozpoznaje osobê próbuj¹c¹ uzyskaæ dostêp do systemu i prawa dostêpu przypisane tej osobie oraz aktywuje odpowiednie funkcje i klawiaturê przyrz¹du pomiarowego. Po zakoñczeniu pomiarów, LiQC blokuje ponownie dostêp do systemu. Dziêki temu system jednoznacznie dokumentuje informacjê o osobach wykonu-j¹cych pomiary oraz dokonuj¹cych adjustacji systemu lub jego sprawdzenia. Rysunek 5: Dodatek dla piwa 12 Elastyczna rozbudowa System LiQC jest niezwwykle elastyczny i w wiêkszoœci przypadków jest w stanie spe³niæ wymagania u¿ytkowników stawiane automatycznym systemom pomiarowym poprzez dostarczenie bardziej wiarygodnych wyników badañ w krótszym czasie przy ni¿szych kosztach. Istniej¹ jednak¿e aplikacje wymagaj¹ce zastosowania procedur specjalnych. W celu dostosowania systemu do wymagañ specjalnych mo¿liwe jest jego rozbudowwanie o odpowiednie dodatki ("plug-in"). Zastosowanie dodatku eliminuje koniecznoœæ dodawania licznych menu w odniesieniu do ka¿dej aplikacji specjalnej, co niepotrzebnie skomplikowa³oby eksploatacjê systemu w warunkach badañ rutynowych. Dodatkowo, zastosowanie dodatków spra- wia, ¿e system LiQC jest w stanie spe³niæ szereg dodatkowych wymagañ. Przystawki s¹ bibliotekami do³¹czanymi dynamicznie (dll), których interfejs zosta³ dok³adnie opisany w dokumentacji systemu LiQC. Standardowo z systemem LiQC dostarczane s¹ dwa takie dodatki. Jeden z dodatków s³u¿y do obliczania zawartoœci alkoholu i ekstraktu w napojach alkoholowych, drugi zaœ umo¿liwia obliczenie zawartoœci alkoholu, pozornego ekstraktu oraz brzeczki w piwie. Literatura [1] Kodeks Przepisów Federalnych, 21 CFR Rozdzia³ 1, Czêœæ 11, § 11.100 § 11.300 (kwiecieñ, 2005) Oznaczanie sta³ej trwa³oœci kompleksu metod¹ miareczkowania potencjometrycznego Dr. C. De Caro Jony metali s¹ kluczowe dla organizmów ¿ywych oraz œrodowiska naturalnego. S¹ one obecne w formie kompleksów metalu z ligandem, gdzie metal jest zwi¹zany z ligandami organicznymi. Powstawanie takich kompleksów jest jednym z najbardziej istotnych etapów w (bio)chemii. St¹d, dog³êbne zrozumienie tworzenia siê kompleksu jest warunkiem podstawym prowadz¹cym do pe³nego zrozumienia procesów ¿yciowych. Pomiary prowadzone z wykorzystaniem miareczkowania automatycznego mog¹ przyczyniæ siê do osi¹gniêcia tego celu, poniewa¿ pozwalaj¹ dok³adnie wyznaczyæ sta³¹ trwa³oœci kompleksu dla metalu i ró¿nych ligandów organicznych. Wprowadzenie Kompleksy metali odgrywaj¹ wa¿n¹ rolê w naszym codziennym zyciu. Na przyk³ad, nale¿y obni¿yæ twardoœæ wody, aby unikn¹æ uszkodzenia ruroci¹gów, pralek oraz poprawiæ sprawnoœæ ca³ego procesu prania. Twardoœæ wody jest spowodowana obecnoœci¹ wêglanów wapnia i magnezu, tj. bia³ych plam widocznych na powierzchni metalu. Do œrodków pior¹cych dodawane s¹ substancje kompleksuj¹ce (zmiêkczacze wody) w celu obni¿enia twardoœci wody. Powoduj¹ one odseparowanie jonów wapnia i magnezu obecnych w wodzie poprzez ich mocne kompleksowanie, przez co zapobiega siê powstawaniu wêglanów. EDTA (kwas etylenodiamino czterooctowy), dobrze znany titrant w iloœciowej analizie miareczkowej [1] oraz inne podobne zwi¹zki s¹ typowymi czynnikami kompleksuj¹cymi, których, na przyk³ad, u¿ywa siê jako zmiêkczaczy wody. Ze wzglêdu na ich zdolnoœæ kompleksowania jonów metali, substancji tych u¿ywa siê równie¿ do bezpiecznego wi¹zania metali truj¹cych takich jak rtêæ, arsen i o³ów. Co wiêcej, ligandów mo¿na u¿yæ w naukach farmaceutycznych do np. specyficznej terapii polegaj¹cej na podawaniu ¿elaza lub jego usuwaniu. Specjaliœci pracuj¹cy w dziedzinach zajmuj¹cych siê badaniami o ziemii wiedz¹, ¿e organizmy produkuj¹ organiczne substancje kompleksuj¹ce, które posiadaj¹ zdolnoœæ rozk³adania minera³ów lub ska³ poprzez usuwanie z nich jonów metali. Ogólnie rzecz bior¹c, czynniki kompleksuj¹ce s¹ odpowiednie do mobilizacji metali w glebie, absorpcji oraz akumulacji metali w roœlinach i mikroorganizmach. Dziêki swoim doskona³ym zdolnoœciom kompleksuj¹cym EDTA jest stosowany w analizie miareczkowej do oznaczania stê¿enia jonów metali w roztworach wodnych. Najbardziej znanym przyk³adem jest oznaczanie twardoœci ca³kowitej w wodzie, która jest sum¹ jonów wapnia i magnezu odmiareczkowanych przy pomocy EDTA i wyra¿ona w postaci wêglanu wapnia. EDTA ³¹czy siê jonami metali dwu- i trzywartoœciowych za pomoc¹ dwóch grup aminowych oraz czterech grup karboksylowych stanowi¹cych element jej struktury (Rys. 1). W szczególnoœci , EDTA tworzy silne kompleksy z manganem (Mn(II)), miedzi¹ (Cu(II)), ¿elazem (Fe(III)) i kobaltem (Co(III)) [1, 2]. Czym jest sta³a trwa³oœci kompleksu? W celu scharakteryzowania si³y wi¹zania czynnika kompleksuj¹cego z jonami metali wykonuje siê pomiar sta³ej tworzenia kompleksu w roztworach wodnych. Ogólnie rzecz bior¹c, tworzenie siê kompleksu pomiêdzy jonem metalu M oraz ligandem L mo¿na zilustrowaæ poni¿sz¹ reakcj¹ chemiczn¹ (pominiêto ³adunki elektryczne)[2]: M+L ML Proces ten iloœciowo opisuje sta³a równowagi tej reakcji: M+L ML K1= [ML] [M] . [L] ßn jest sumaryczn¹ sta³¹ trwa³oœci kompleksu. Jako przyk³ad, w tabeli 1 [1] przedstawiono wybrane wartoœci stopniowych sta³ych trwa³oœci w danej temperaturze oraz przy danej sile jonowej. Im wiêksza wartoœæ Ki, tym bardziej stabilny kompleks metalu. Dlaczego okreœla siê sta³¹ trwa³oœci kompleksu? Sta³a trwa³oœci kompleksu jest wskaŸnikiem si³y wi¹zañ wystêpuj¹cych pomiêdzy centralnym jonem metalu oraz jego ligandami. Wartoœæ t¹ mierzy siê zwykle w okreœlonej temperaturze przy danej sile jonowej. Sta³a trwa³oœci kompleksu nie odnosi siê wy³¹cznie do badañ podstawowowych, w szczególnoœci w zakresie charakteryzowania metalu w roztworach wodnych oraz badania równowag Zwykle, wiêcej ni¿ jeden ligand wi¹¿e siê z jednym centralnym jonem metalu. Dla n ligandów, odpowiednie reakcje kolejne mo¿na zapisaæ nastêpuj¹co: MLn-1 + L MLn gdzie Kn jest stopniow¹ sta³¹ reakcji. Odpowiednio, sumaryczna reakcja pomiêdzy n ligandami jonem metalu bêdzie siê przedstawiaæ nastêpuj¹co: M + nL MLn Rysunek 1: EDTA (oznaczonym na czarno) wi¹¿e siê z centalnym jonem metalu (oznaczonym na czerwono) za pomoc¹ dwóch atomów azotu oraz czterech atomów tlenu. 13 Rozwi¹zania dla klientów chemicznych, lecz tak¿e ogrywa istotn¹ rolê w aplikacjach praktycznych. Przedstawiono tu listê typowych aplikacji, w których wykorzystywane s¹ substancje kompleksuj¹ce: · Rozpuszczalnoœæ jonów metali w ró¿nych procesach. · Usuwanie metali truj¹cych, np. z gleby. · Usuwanie metali radioaktywnych ze œrodowiska naturalnego (zanieczyszczona gleba). · Transportowanie jonów metali do cia³a cz³owieka (¿elazo, cynk) w celach terapeutycznych · Iloœciowa analiza miareczkowa (oznaczanie zawartoœci jonów metali takich jak nikiel, cynk, glin, ¿elazo w np. k¹pielach galwanicznych). W szczególnoœci, oznaczanie sta³ej trwa³oœci kompleksu jest wa¿n¹ analiz¹ w naukach farmaceutycznych i naukach œrodowiskowych. Na przyk³ad, obecnoœæ jonów metali w glebie spowodowana tworzeniem siê kompleksów z substancjami humusowymi mo¿na charakteryzowaæ w drodze systematycznych modelowych badañ wybranych jonów metali z ligandami organicznymi symuluj¹cymi substancje humusowe. Pozwala to szczegó³owo zbadaæ specjacjê metali w glebach. kompleksu pomiêdzy protonowanym ligandem organicznym HL i jonem metalu Mz+ mo¿na monitorowaæ w oparciu o pomiar wartoœci pH podczas miareczkowania potencjometrycznego mocn¹ zasad¹: ligandy organiczne HL ulegaj¹ zdeprotonowaniu, a ligand Lmo¿e utorzyæ kompleks z jonem metalu. W przypadku ligandu jednoprotonowego , np. HL i tworzenia siê kompleksu 1:1 odpopwiedni¹ równowagê chemiczn¹ w roztworze mo¿na opisaæ nastêpuj¹co (³adunki elektryczne zosta³y pominiête) M + HL ML + H Opisuj¹c zjawisko bardziej dok³adnie, istnieje bezpoœrednie konkurowanie pomiêdzy tworzeniem siê kompleksu oraz protonowaniem ligandów w roztworze wodnym. Z tego powodu, badanie trwa³oœci kompleksów metali i ich tworzenia siê wymaga rozwa¿enia równowag dysocjacji ligandu. Gdy sta³a trwa³oœci kompleksu KM jest silniejsza ni¿ sta³a protonowania ligandu KL, to wtedy tworzenie siê kompleksu metal - ligand jest reakcj¹ dominuj¹c¹ w roztworze. M+L HL KL= M+L Jak oznacza siê sta³¹ trwa³oœci kompleksu? Opracowano kilka technik s³u¿¹cych do oznaczania sta³ych trwa³oœci kompleksów w roztworach wodnych [2]. Miêdzy innymi, dobrze znanymi i stosowanymi w tym celu od wielu lat procedurami s¹ miareczkowania potencjometryczne. W³aœciwie, prawie wszystkie ligandy s¹ zwi¹zkami organicznymi zawieraj¹cymi jedn¹ lub wiêcej grup, które mog¹ ulegaæ protonowaniu po dodaniu silnych kwasów, np., kwasu solnego. St¹d, tworzenie siê Tabela 1: Przyklady wybranych wartoœci stopniowych sta³ych trwa³oœci kompleksu Ki w danej temperaturze oraz przy okreœlonej sile jonowej. ML [ML] [M] . [L] Do okreœlenia sta³ej trwa³oœci kompleksu potrzebne s¹ dwa ró¿ne miareczkowania potencjometryczne [2]: W pierwszej kolejnoœci, wodny, kwaœny roztwór ligandu jest poddawany miareczkowaniu mocn¹ zasad¹. W kwaœnym roztworze ligand wystêpuje tylko w formie protonowanej. Na podstawie uzyskanej krzywej miareczkowania mo¿na Ligand, L Jon metalu, M log K1 log K2 Amoniak, NH3 Ag+ 3.31 3.92 log K3 Cu2+ 3.99 3.34 2.73 Hg2+ 8.8 8.7 log K4 Miareczkowania nale¿y prowadziæ w kontrolowanych warunkach [2], [3], tj. w ustalonych warunkach temperatury, ciœnienia, si³y jonowej w atmosferze gazu obojêtnego (w celu unikniêcia absorpcji CO2 przez mocn¹ zasadê, co zapobiega powstawaniu wêglanów). Oba miareczkowanias¹ prowadzone s¹ w naczyniu termostatowanym pod³¹czonym do cyrkulatora ³aŸni wodnej, gdzie zadana temperatura wynosi zwykle 20 lub 25 0C. Do roztworu wdmuchiwany jest gazowy azot w celu wyeliminowania absorpcji CO2 z powietrza. Zapobiega to jakimkolwiek interferencjom na pomiar. Miareczkowanie jest prowadzone w sposób polegaj¹cy na dodawaniu sta³ych objêtoœci titranta wynosz¹cych np. DV = 0.1 mL, a nastêpnie mierzeniu wartoœci pH po ustalonym czasie np. Dt = 45 s. W tym czasie osi¹gana jest równowaga oraz nastêpuje stabilizacja sygna³u. W koñcu uzyskiwana jest kompletna krzywa miareczkowania sk³adaj¹ca siê z kilkunastu par zmierzonych wartoœci (objêtoœæ titranta, pH) [3]. Zastosowanie oprogramowania steruj¹cego LabX titation PC pozwala zapisaæ dane na twardym dysku komputera oraz przes³aæ je do arkusza kalkulacyjnego MS EXCEL® w celu dokonania dalszych obliczeñ. Sta³¹ trwa³oœci kompleksu obliczyæ mo¿na na podstawie znanych wielkoœci eksperymentalnych, tj. wartoœci pH, T [0C] Si³a jonowa [mol/L] octan, CH3COO- Etylenodiamina 14 KM= [HL] [M] . [L] dokonaæ obliczenia sta³ej protonowania ligandu. Nale¿y zauwa¿yæ, ¿e sta³a protonowania jest odwrotnoœci¹ sta³ej dysocjacji kwasu [3]. Sta³a protonowania zostanie wykorzystana do obliczenia sta³ych trwa³oœci kompleksu . W drugim miareczkowaniu wodny kwaœny roztwór ligandu i jonu metalu jest miareczkowany t¹ sam¹ mocn¹ zasad¹ . W obu przypadkach, pocz¹tkowa wartoœæ pH musi byæ taka sama, a miareczkowania s¹ przerywane przy pH 5 (Rys. 2). 25 0.0 1.97 30 0.0 1.00 0.78 22 2.0 1.61 1.07 Ni2+ 2.67 2.12 30 0.0 Ag+ 0.73 -0.09 25 0.0 Cu2+ 2.23 1.40 25 0.0 Fe3+ 3.38 3.70 2.60 20 0.1 2.00 Ag+ 4.70 3.00 Cu2+ 10.66 9.33 Zn2+ 5.77 5.06 3.28 20 0.1 20 0.0 20 0.0 zu¿ycia titranta oraz ca³kowitego stê¿enia jonów metali i ligandów. W szczególnoœci, mo¿liwe jest obliczenie dwóch funkcji matematycznych dla poszczególnych punktów pomiarowych (mL, pH) drugiego miareczkowania: Rysunek 2: Miareczkowanie protonowanego EDTA za pomoc¹ 0.1 M NaOH: a)tylko 8 mL 0.1 M EDTA (zielona linia), b) 8 mL 0.1 M EDTA i równomolowy roztwór wapnia (niebieska linia). · Œredniej liczby ligandów zwi¹zanych z jednym jonem metalu, · Stê¿enia wolnego ligandu, [L]. Z powodu ³¹czenia siê z jonami wapnia EDTA uwalnia protony i w efekcie tego pH staje siê bardziej kwaœne. Rêczne rozwi¹zanie uzyskanych równañ oraz przeprowadzenie powi¹zanych z nimi ocen graficznych mo¿e staæ siê bardzo z³o¿on¹ czynnoœci¹, szczególnie w przypadku, gdy z jonem metalu zwi¹zanych jest wiêcej ni¿ jeden ligand. St¹d czytelnika odsy³a siê do odpowiedniej literatury w celu uzyskania wyczerpuj¹cych informacji [2]. Obecnie dostêpne jest oprogramowanie komputerowe o du¿ej mocy obliczeniowej pozwalaj¹cej wyznaczyæ wartoœæ sta³ej trwa³oœci kompleksu z miareczkowañ potencjometrycznych. Wartoœci mierzone mo¿na np. zaimportowaæ i dopasowaæ przy pomocy odpowiedniej procedury matematycznej w celu uzyskania sta³ej trwa³oœci kompleksu. Krótko mówi¹c, program wylicza teoretyczn¹ wartoœæ pH i porównuje j¹ z wartoœci¹ zmierzon¹. W wyniku wykonania kilku pêtli iteracyjnych wystêpujaca miêdzy nimi ró¿nica zostaje zminimalizowana oraz zostaje wyliczona sta³a trwa³oœci kompleksu. BEST [2], [4] i HYPERQUAD [5] s¹ przyk³adami najbardziej znanych i szeroko rozpowszechnionych programów komputerowych stosowanych w tym celu. [1] D.C. Harris, "Quantitative ChemicalAnalysis", 5th Edition, 1999, W.H. Freeman and Co. [2] A. E. Martell, R. J. Motekaitis, "The Determination and Use of Stability Constants", 1988, VCH Publishers. [3] C. A. De Caro, "The determination of the acid dissociation constant", USERCOM 11, Listopad 2006, METTLER TOLEDO ME-51724499. (mo¿na pobraæ z www.mt.com) [4] R. J. Motekaitis, A. E. Martell, "A new program for rigorous calculations of equilibrium parameters of complex multicomponent systems", Can. J. Chem., Vol. 60, 1982, strony 2403-2409. [5] Patrz: www.hyperquad.co.uk P. Gans, A. Sabatini, A. Vacca, "Investigation of equilibria in solution. Determination of equilibrium constants with the HYPERQUAD suite Podsumowanie Sta³¹ trwa³oœci kompleksu mo¿na w prosty sposób wyznaczyæ przy pomocy nowoczesnych titratorów automatycznych oraz dedykowanych programów komputerowych. Titratory serii Excellence w po³¹czeniu z oprogramowaniem steruj¹cym LabX titration PC pozwalaj¹ w sposób przyjazny dla u¿ytkownika uzyskaæ dane eksperymentalne potrzebne do przeprowadzenia odpowiednich obliczeñ na komputerze. Literatura 15 Rozwi¹zania dla klientów Automatyczny pomiar przewodnictwa, pH i mêtnoœci w wodzie pitnej Dr. T. Hitz Mêtnoœæ Mêtnoœæ wody jest spowodowana obecnoœci¹ materia³u maj¹cego charakter koloidalny takiego jak glina, szlam, plankton oraz innych organizmów mikroskopowych. Mêtnoœæ jest miar¹ w³aœciwoœci optycznej, Zakres NTU 0…1,0 1…10 10…40 40…100 Tabela 1: 100…400 Ró¿nice mêtnoœci wody, 400…1000 których detekcja musi byæ > 1000 mo¿liwa [1]. pH i przewodnictwo s¹ wa¿nymi parametrami kontrolnymi podczas procesu przygotowania wody pitnej, a tak¿e w analizie wody powierzchniowej oraz wody procesowej. Klarownoœæ wody, tj. mêtnoœæ jest równie¿ wa¿nym parametrem. Producenci napojów oraz stacje przygotowania wody pitnej powszechnie stosuj¹ techniki separacji cz¹stek rozproszonych w oœrodkach p³ynnych takie jak sedymentacja i filtracja w celu poprawy klarownoœci oraz zapewnienia wysokiej jakoœci produktu. Wynik podawany z dok³adnoœci¹ do [NTU] 0.05 0.1 1 5 10 50 100 która powoduje rozpraszanie œwiat³a w próbce wody. Mêtnoœciomierze, w kórych detektory œwiat³a rozproszonego s¹ zamontowane pod k¹tem 90o w stosunku do wi¹zki œwiat³a emitowanego nazywa siê nefelometrami. Mêtnoœæ jest wyra¿ana w nefelometrycznych jednostkach mêtnoœci (NTU, Rys. 1). Nefelometry s¹ szczególnie przydatne do oznaczania mêtnoœci wody, która mieœci siê w zakresie od 0 do 1 [1], [2]; tak niskie wartoœci s¹, na przyk³ad uzyskiwane dla wody pitnej. Obecnie nefelometry s¹ przyrz¹dami standardowymi do pomiarów niskich mêtnoœci [1], [2]. Próbkê wody powinno siê badaæ tu¿ po jej pobraniu, przez co zapobiega siê zmianom parametrów próbki takich jak pH i temperatura. Rysunek 1: Roztwory formazyny (od lewej do prawej: <0.1 NTU, 200 NTU i 7500 NTU). 16 Wed³ug Amerykañskiej Agencji ds. Ochrony Œrodowiska oraz ogodnie z ASTM D1889-00, nefelometry powinny umo¿liwiaæ detekcjê nastêpuj¹cych ró¿nic [1], [2], (patrz Tabela 1). Automatyczna metoda METTLER TOLEDO Automatyczna metoda pomiaru pH, przewodnictwa oraz mêtnoœci polega na pompowaniu wody ze zbiornika zawieraj¹cego próbkê do zmieniacza próbek Rondo (pH, przewodnictwo), a nastêpnie do mêtnoœciomierza poprzez celê przep³ywow¹. System umo¿liwia ³atwe próbkowanie próbek wody pitnej w warunkach laboratoryjnych oraz podaje szybko wyniki pomiaru trzech parametrów. Titratory Excellence mo¿na wyposa¿yæ w tablicê przewodnictwa, co umozliwia bezpoœrednie oznaczenie przewodnictwa bez potrzeby stosowania dodatkowego miernika. Do tego celu zastosowano nastêpuj¹c¹ konfiguracjê: · Titrator T90 z tablic¹ przewodnictwa · Zmieniacz próbek Rondo z dwoma wie¿ami (wie¿e A i B) · Nefelometr HACH 2100 AN IS (Rys. 2) · Zestaw celi przep³ywowej HACH (Rys. 3) · Kabel Jack-Lemo do pod³¹czenia wyjœcia analogowego nefelometru (Jack) z wejœciem czujnika titratora (Lemo) Konieczne jest zastosowanie dwóch wie¿ w celu oddzielenia od siebie pomiarów pH i przewodnictwa. Rozdzia³ ten jest niezbêdny, poniewa¿ wyp³yw elektrolitu referencyjnego KCl z czujnika pH zwiêksza³by przewodnictwo próbki wody; w próbkach o niskim przewodnictwie wyp³yw ten mo¿e prowadziæ do powstania znacz¹cego b³êdu pomiarowego. Zastosowano titrator T90 Excellence, poniewa¿ do pe³nego zautomatyzowania wszystkich etapów analizy wymaganych jest 5 pêtli próbki (patrz Rys. 4). W przypadku pomiarów przewodnictwa i pH nie wymaga siê specjalnego przygotowania próbki. Czujniki DG115-SC (do pH) i InLab®730 (do przewodnictwa) zosta³y przed pomiarem poddane wzorcowaniu. Proces wzorcowania jest czêœci¹ metody (patrz diagram przep³ywu dla metody na Rys. 4 i [3]). Kolejnoœæ dzia³añ realizowanych automatycznie z pominiêciem wzorcowania czujników pH i przewodnictwa przedstawia siê nastêpuj¹co: 1. Pusta zlewka do miareczkowania jest podawana do wie¿y. 2. Pompa 1 pompuje próbkê wody ze zbiornika do zlewki 3. W wie¿y A dokonywany jest pomiar przewodnictwa przy pomocy czujnika przewodnictwa InLab®730. 4. Sta³a zlewka do przemywañ jest podawana do wie¿y A. 5. Sprzêt wie¿y A zostaje przemyty w zlewce do przemywañ (jednoczesne przemywanie przy pomocy pompy diafragmowej na wie¿y A i podawanie roztworu do przemywañ za pomoc¹ pompy 3). 6. Zlewka do miareczkowañ z próbk¹ jest podawana z wie¿y A do wie¿y B. 7. Nastêpuje pomiar pH przy pomocy czujnika DG115-SC. 8. Do wie¿y B podawana jest sta³a zlewka do przemywañ. 9. Sprzêt wie¿y B zostaje przemyty w zlewce do przemywañ (jednoczesne przemywanie przy pomocy pompy diafragmowej na wie¿y B i podawanie roztworu do przemywañ za pomoc¹ pompy 2). 10. Do nefelometru za pomoc¹ pompy 5 pompowana jest próbka wody. 11. Wykonywany zostaje pomiar mêtnoœci. 12. Cela pomiarowa mêtnoœci jest oprózniania przy pomocy pompy 4 I przemywana swie¿ym roztworem próbki. Próbki przeznaczone do pomiaru przewodnictwa (wie¿a A) i pH (wie¿a B) by³y pompowane bezpoœrednio ze zbiornika na próbkê do zlewki do miareczkowañ znajduj¹cej siê na zmieniaczu próbek Rondo przy pomocy pomp perystaltycznych SP250. Po wykonaniu pomiaru pH i przewodnictwa próbka wody jest pompowana bezpoœrednio do celi przep³ywowej z tego samego zbiornika wodnego. Do pompowania próbek wody oraz przemywania po ka¿dym pomiarze celi pomiarowej, rurek i czujników na obu wie¿ach u¿yto w sumie 5 pomp (Rysunki 5 i 6): Pompa 1: Podanie próbki wody ze zbiornika wodnego do zmieniacza próbek Rondo. Pompy 2 i 3: cykle przemywania na zmieniaczu próbek Rondo (wie¿e A i B). Pompy 4 i 5: cykle przemywania na mêtnoœciomierzu oraz podanie próbki do celi przep³ywowej. Uzyskiwany jest sygna³ w mV z analogowego wyjœcia analogowego mêtnoœciomierza. Ustawienia na mêtnoœciomierzu zosta³y zdefiniowane nastêpuj¹co: Zakres napiêciowy sygna³u od 0 do 1000 mV odpowiada dok³adnie zakresowi od 0 do 2 NTU. Prowadzi to do uzyskania wspó³czynnika 0.002 NTU/mV ([3], Tabela 2). Do dok³odnego wzorcowania mêtnoœciomierza zastosowano roztwory wzorcowe formazyny (Rys. 1). Po nape³nieniu wod¹ celi pomiarowej wprowadzono funkcjê mieszania przez 120 s przy szybkoœci mieszad³a 0%, co zapewnia odpowiedni czas oczekiwania potrzebny do uzyskania ustabilizowanego sygna³u mêtnoœci. Wyniki Wyniki pomiarów przewodnictwa (R1), pH (R2) oraz mêtnoœci (R4) wody z kranu zamieszczono w tabeli 2. Rysunek 4: Diagram przep³ywu dla metody. Rysunek 2: Nefelometr firmy HACH z zamontowan¹ cel¹ przep³ywow¹. Wyniki pomiarów pH i przewodnictwa charakteryzuj¹ siê doskona³¹ precyzj¹, co wyra¿a niskie wzglêdne odchylenie standardowe (srel). Odchylenie standardowe wyników pomiarów mêtnoœci jest równie¿ niskie, kszta³tuj¹c siê na poziomie 0.148 ±0.01. Uzyskane wyniki potwierdzaj¹, ¿e zaprezentowana w pe³ni zautomatyzowana metoda pozwala w prosty sposób uzyskaæ wiarygodn¹ detekcjê ró¿nic na poziomie 0.05 NTU, czego wymaga norma ASTM D1889-00 dla zakresu NTU od 0 do 1. Korzyœci i wnioski Zaprezentowany automatyczny system wykorzystany do analizy wody pitnej o niskim poziomie mêtnoœci posiada wiele zalet: Zautomatyzowane próbkowanie wody z tego samego zbiornika pozwala uproœciæ i przyspieszyæ proces podawania próbki oraz jej dystrybucjê. Daje to znacz¹c¹ oszczêdnoœæ cennego czasu. Nie ma mo¿liwoœci kontaminacji próbki wody przed analiz¹ mêtnoœci. Rysunek 3: Cela przep³ywowa. 17 Rozwi¹zania dla klientów Rysunek 5: System automatyczny podczas wykonywania pomiaru. Liczby wskazuj¹ pompy od 1 do 5. Zachowana jest w ten sposób integralnoœæ wyników badañ. Zastosowane rozwi¹zanie zapobiega równie¿ koniecznoœci kosztownego powtarzania pomiarów. Cela przep³ywowa mêtnoœciomierza przyspiesza pomiar oraz zapewnia niezmienn¹ œcie¿kê optyczn¹. Oczyszczanie celi polega na jej prostym przemyciu kolejn¹ próbk¹ wody, co znacz¹co poprawia dok³adnoœæ i precyzjê wyników pomiarów mêtnoœci. Dodatkowe modu³y dozuj¹ce, pod³¹czone do titratora, pozwalaj¹ przeprowadziæ wiele innych miareczkowañ w laboratoriach analitycznych zajmuj¹cych siê analiz¹ wody. Pomiary s¹ w pe³ni zautomatyzowane. Tabela 2: Dane statystyczne odnosz¹ce siê do pomiaru pH i mêtnoœci. 18 Ich uruchomienie wymaga jedynie klikniêcia mysz¹ na terminalu titratorów Excellence. Nie ma potrzeby prowadzenia kosztownych i czasoch³onnych szkoleñ personelu obs³uguj¹cego w laboratorium. Literatura [1] ASTM D1889: Standard Test Method for Turbidity of Water. [2] U.S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. 1993. Methods for Determination of Inorganic Substances in Environmental Samples. EPA-6000/ R/93/100 Draft. Environmental Monitoring Systems Lab., Cincinnati, Ohio. Rx Nazwa n Œrednia Jednostka s srel [%] R1 Przewodnictwo 10 265.084 µS/cm 0.643 0.243 R2 pH 10 8.313 pH 0.003 0.041 R3 Potencja³ 10 73.99 mV 4.81 6.501 R4 = R3 * 0.002 Mêtnoœæ 10 0.148 NTU 0.01 6.512 [3] Metoda M439 Mettler Toledo (Autom. Conductivity, pH and Turbidity Measurement of Potable Water). Rysunek 6: Ilustracja graficzna systemu miareczkuj¹cego 19 Rozwi¹zania dla klientów Analiza miareczkowa próbek kwaœnych lub zasadowych polioli przy pomocy jednej metod¹ Ch. Hynes Dr R. Koile Jednoznaczne oznaczanie iloœciowe zmieniaj¹cych siê poziomów kwasowoœci lub zasadowoœci w próbkach polioli tradycyjnie wymaga zastosowania dwóch ró¿nych metod wykorzystuj¹cych niepo¿¹dane titranty oraz daj¹cych wyniki dalekie od optymalnych. Jest to niezwykle wa¿ne oznaczenie z punktu widzenia prowadzenia procesu produkcyjnego, poniewa¿ jakoœæ i wydajnoœæ zale¿y od niewielkich ró¿nic miêdzy wynikami. Wprowadzenie Poliole s¹ zwi¹zkami chemicznymi, najczêœciej alkoholami, zawieraj¹cymi grupy hydroksylowe. Gdy grupy te mog¹ wchodziæ w prosty sposób w reakcje chemiczne, mo¿liwe jest uzyskanie szeregu ró¿nych produktów, poczynaj¹c od dodatków do ¿ywnoœci poprzez tekstylia, a koñcz¹c na tworzywach sztucznych. Jednymi z najbardziej powszechnych produktów uzyskiwanych w drodze reakcji tego typu s¹ poliuretany, które otrzymuje siê w reakcji diizocyjanianu z poliolem w obecnoœci katalizatora w œciœle kontrolowanych warunkach pH (Rys. 2). Oznaczanie kwasowoœci i zasadowoœci w matrycach niewodnych Monitorowanie poziomów kwasowoœci/zasadowoœci w poliolach stanowi¹cych substraty w reakcji otrzymywania poliuretanów jest niezwykle istotne ze wzglêdu na katalityczny charakter tej reakcji. Nieprawid³owe monitorowanie mo¿e doprowadziæ do niepo¿¹danych reakcji ubocznych. Tradycyjna metoda oznaczania kwasowoœci/zasadowoœci w matrycach niewodnych wykorzystuje w dwu ró¿nych metodach miareczkowych odpowiednio roztwory alkoholowe HCl i KOH. Jednym z ograniczeñ tu wystêpuj¹cych jest niemo¿liwoœæ oznaczenia iloœciowego kwasowoœci i zasadowoœci w ramach pojedynczej analizy. Co wiêcej, KOH posiada negatywn¹ tendencjê do wchodzenia w reakcjê z zawartym w powietrzu dwutlenkiem wêgla, co prowadzi do szybkiego powstawania wêglanów i wodorowêglanów. Zjawisko to jest Ÿród³em zak³ócenia integralnoœci roztworu KOH oraz wprowadza dodatkow¹ zmiennoœæ. Te dwa ograniczenia doprowadzi³y do opracowania przez firmê METTLER TOLEDO we wspó³pracy z Dr Rossem Koile metody analitycznej, która w ramach jednej analizy pozwala iloœciowo oznaczyæ poziom kwasowoœci i zasadowoœci przy jednoczesnym wyeliminowania niepo¿¹danego titranta KOH. Wa¿ki charakter tej metody jest zwi¹zany z faktem, ¿e po¿¹dany zakres kwasowoœci/zasadowoœci polioli jako substratów jest zwykle dok³adnie neutralny lub lekko kwaœny. Prosta lecz niezwykle skuteczna Opis teoretyczny zachodz¹cego procesu jest doœæ prosty w swojej naturze. Dozuje siê dok³adnie znan¹ iloœæ atmosferycznie stabilnego rozt- Rysunek 1: Posatwowe sk³adniki poliuretanu. Diizocyjanian i diol. Diizocyjanian posiada dwie grupy cyjanowe (pokazane w kolorze niebieskim ), a alkohol posiada dwie grypy hydroksylowe. 20 woru wodorowêglanu, po czym nastêpuje miareczkowanie kwasem p-toluenosulfonowym. Jeœli próbki polioli posiadaj¹ nadmiar jonów H+ (próbka ma odczyn kwaœny), bêd¹ one natychmiast reagowaæ z zadozowanym wodorowêglanem w ramach miareczkowania odwrotnego. W efekcie uzyskuje siê iloœæ titranta potrzebnego do osi¹gniêcia punktu równowa¿nikowego, która wynosi mniej ni¿ miareczkowanie œlepej próby. Jeœli próbka poliolu posiada nadmiar grup hydroksylowych (próbka ma odczyn zasadowy), nie bêd¹ one reagowaæ z zadozowanym wodorowêglanem, co daje w efekcie nadmiar titranta potrzebnego do zobojêtnienia próbki. Zdefiniowane warunki dla elektrody Kluczem do tej analizy jest zdefiniowanie neutralnoœci. Staje siê to bardziej skomplikowane w miarê odchodzenia od œrodowiska wodnego, dla którego pocz¹tkowo zbudowana zosta³a elektroda pH. W roztworze wodnym, elektroda wype³niona KCl stanowi¹cym roztwór odniesienia powinna posiadaæ punkt izopotencjalny le¿¹cy w pobli¿u 0mV, ale poniewa¿ organicznie optymalne roztwory odniesienia zastêpuj¹ KCl, mo¿na zaobserwowaæ przesuniêcie punktu izopotencjalnego. Zjawisko to wymusza na nas koniecznoœæ zdefiniowania neutralnoœci w nieabsolutnych kategoriach potencja³u (mV). Dla celów tej analizy do zdefiniowania neutralnoœci wybrano parê wodorowêglan/ kwas wêglowy. Okazuje siê, ¿e ten system mo¿na wykorzystaæ w œrodowisku niewodnym - szczególnie w sytuacji, gdy rozpuszczalnik jest polarny. Równowa¿enie rozpuszczalnoœci próbki i sprawnoœci elektrody W dalszym etapie nale¿y wybraæ odpowiedni rozpuszczalnik, w którym próbka jest dobrze rozpuszczalna oraz który tworzy optymalne œrodowisko dla parametrów pracy elektrody. Próbk¹ w tym przypadku jest glikol wieloeterowy, który jest rozpuszczalny w wiêkszoœci alkoholi. Im d³u¿szy ³añcuch alkilowy alkoholu (do pewnego momentu), tym lepsza rozpuszczalnoœæ poliolu. Rozpuszczalnoœæ tej substancji w metanolu jest w pewnym stopniu ograniczona, ale etanol i propanole s¹ doœæ dobre. Problem z etanolem wynika z przepisów prawnych definiuj¹cych warunki jego stosowania w Stanach Zjednoczonych oraz koszt uzyskania jego w stanie bezwodnym. Zarówno n-propanol jak i izopropanol s¹ dobrymi rozpuszczalnikami, ale ich lepkoœæ spowalnia odpowiedŸ elektrody. Optymalny roztwór uzyskuje siê poprzez zmieszanie równych objêtoœci metanolu i izopropanolu. Izopropanol zapewnia doskona³¹ rozpuszczalnoœæ próbki, metanol natomiast obni¿a ca³kowit¹ lepkoœæ roztworu, dziêki czemu szybkoœæ odpowiedzi elektrody mieœci siê w rozs¹dnych ramach czasowych. Niektóre poliole o d³ugich ³añcuchach bêd¹ potrzebowaæ stworzenia lepszych warunków w zakresie rozpuszczalnoœci, zapewniaj¹cych ca³kowite rozpuszczenie siê próbki w roztworze. W takim przypadku, doskona³ym rozwi¹zaniem jest zastosowanie tetrahydrofuranu (THF stabilizowany butylowanym hydroksytoluenem, BHT). Prostym testem, pozwalaj¹cym stwierdziæ, czy potrzebny jest THF, jest przyjrzenie siê krzywej miareczkowania dla przypadku, gdzie jego nie zastosowano. Jeœli próbka nie ulega ca³kowitemu rozpuszczeniu, krzywa miareczkowania staje siê bardzo p³aska i wykazuje bardzo s³abe przegiêcie. Dodanie THF sprawia, ¿e problem rozpuszczalnoœci znika (patrz Rys. 3 a i b). Dobre przewodnictwo jonowe Dobre przewodnictwo jonowe roztworu jest kolejnym elementem kluczowym tej analizy przy wykonywaniu pomiarów przewodnictwa, i gdyby by³ to roztwór wodny, zwiêkszenie przewodnictwa uzyskanoby poprzez dodanie dowolnej soli: jednak¿e wiêkszoœæ soli o charakterze jonowym nie rozpuszcza siê w roztworach alko- holowych. Rozwi¹zaniem tego problemu jest zastosowanie chlorku litu, który doskonale rozpuszcza siê w ni¿szych alkoholach. Mo¿na u¿yæ tak¿e innych soli (np. czwartorzêdowa sól amonowa), ale wymagane jest zastosowanie zwi¹zków jonowych, które nie maj¹ wp³ywu na równowagê kwas/zasada tej mieszaniny stanowi¹cej rozpuszczalnik. Rysunek 2: przyk³ad wyrobu opartego na poliuretanie Wybór w³aœciwego titranta Przy wyborze titranta nale¿y wzi¹æ pod uwagê fakt, ¿e matryca próbki ma character niewodny, st¹d titrant Rysunek 3: Typowe krzywe miareczkowania dla poliolu: 3a) próbka trudnorozpuszczalna w mieszaninie rozpuszczalnika wymagany THF do poprawienia rozpuszczalnoœci, 3b) krzywa miareczkowania dla w³aœciwie dobranej mieszaniny rozpuszczalnika. równie¿ powinien mieæ naturê niewodn¹. Wprowadzenie wodnego titranta mog³oby doprowadziæ zawartoœæ wody w koñcowym roztworze próbki/rozpuszczalnika/titranta do na tyle wysokiego poziomu, ¿e "niweluj¹cy" wp³yw wody móg³by staæ siê powa¿nym problemem, co nale¿y ograniczaæ. Titrant musi byæ mocnym kwasem rozpuszczalnym w polarnych rozpuszczalnikach organicznych. Kwas p-toluenosulfonowy dzia³a bardzo dobrze i jest ³atwo dostêpny po rozs¹dnej cenie. Jak ju¿ wspomniano wczeœniej, matryca titranta powinna byæ niewodna w celu ograniczenia zawartoœci wody. Alkohole staj¹ siê tu pierwszym logicznym kandydatem; jednak¿e kwas p-toluenosulfonowy reaguje z alkoholami. Produktami tej reakcji s¹ estry, które w powa¿nym stopniu wp³ywaj¹ na stabilnoœæ rozpuszczalnika. St¹d, lepszym kandydatem by³by rozpuszczalnik aprotyczny, poniewa¿ zapobiega on reakcji estryfikacji, co w efekcie prowadzi do wiêkszej stabilnoœci rozpuszczalnika. Acetonitryl spe³nia te wymagania bardzo dobrze i jest optymalny, jeœli pod uwagê weŸmie siê rozpuszczalnoœæ kwasu oraz fakt, ¿e mo¿na go kupiæ w stanie bezwodnym. Podsumowuj¹c, w wyniku takich w³aœnie dzia³añ sprawiono, ¿e ten pomiar sta³ siê wykonalny. W pier21 Rozwi¹zania dla klientów wszej kolejnoœci przygotowuje siê rozpuszczalnik wykorzystywany w procesie miareczkowania, który jest mieszanin¹ równych objêtoœci metanolu i izopropanolu (w przypadku polioli, których cz¹steczki zawieraj¹ d³ugie ³añcuchy alkilowe lub w celu poprawy rozpuszczalnoœci próbki stosuje siê dodatek THF). Do tego roztworu dodaje siê LiCl w iloœci 0,25g/L oraz niewielk¹ iloœæ wodnego NaHCO3 o stê¿eniu 0,2mol/L. Titrantem bêdzie 0,005N kwas ptoluenosulfonowy w acetonitrylu. Elektroda musi posiadaæ wysok¹ szybkoœæ przep³ywu. Nape³niana jest clorkiem litu w w etanolu, poniewa¿ jest on bardzo dobrze rozpuszczalny w tej matrycy. Wyniki badania mog¹ byæ dodatnie lub ujemne. Wynik dodatni oznacza, ¿e próbka ma odczyn zasadowy, wynik ujemny natomiast wskazuje, ¿e próbka ma charakter kwaœny. Próbki nale¿y pobieraæ do butelek polietylenowych i w nich przechowywaæ, poniewa¿ metoda jest na tyle czu³a, ¿e jest w stanie wykryæ sód wyp³ukiwany przez próbkê ze zwyk³ego szk³a. Doskona³e wyniki z w³aœciwym sprzêtem Koniec miareczkowania bêdzie wyraŸnie zaakcentowany oraz bêdzie ³atwy do zauwa¿enia (patrz Rys. 3b). Do miareczkowania zastosowano elektrodê METTLER TOLEDO DGi116-Solvent (patrz Rys. 4). W przypadku próbek œlepych uzyskano wzglêdne odchylenie standardowe na poziomie 0.2%, dla próbek natomiast, które zawiera³y 0.0045 mg KOH/g wzglêdne odchylene standardowe kszta³towa³o siê na poziomie 5.0%. Rysunek 4: elektroda DGi116-Solvent. 22 Uzyskane wyniki by³y bardzo obiecuj¹ce, bior¹c pod uwagê fakt bardzo niskiego poziomu kwasowoœci. W dodatku, badanie zosta³o wykonan¹ biuret¹ 5mL, przy punktach równowa¿nikowych uzyskiwanych po odmierzeniu 0,3mL (objêtoœæ do punktu równowa¿nikowego), co jest poz¹ optymalnym zakresem biurety 5mL. Opisana procedura pozwala uzyskaæ 1.0 nEq/g (nano-równowa¿nik /gram) przy 95% poziomie ufnoœci. Teoriê tego miareczkowania mo¿na wykorzystaæ w innych aplikacjach, gdzie potrzebne jest oznaczenie poziomu kwasowoœci/zasadowoœci. Ten sposób postêpowania okaza³ siê niezwykle skuteczny w utrzymaniu elektrody w czystoœci oraz zachowaniu jej warstwy hydratacyjnej po zakoñczeniu badañ ka¿dej próbki. Jedn¹ z kluczowych cech tej metody jest fakt, ¿e mo¿na j¹ realizowaæ z podstawowymi modelami titratorów serii Excellence, T50. Poniewa¿ jest to typowe miareczkowanie odwrotne, wymagany jest dodatkowy modu³ dozuj¹cy zawieraj¹cy biuretê 20mL. Wiêksz¹ elastycznoœæ analityczn¹ mo¿na uzyskaæ poprzez uruchomienie tej metody na titratorach T70 lub T90 posiadaj¹cych odpowiednio 4 i 8 napêdów biuret. Ten dodatkowy stopieñ elastycznoœci umo¿liwia wykonywanie na jednym przyrz¹dzie miareczkowañ równowagi kwas/ zasada oraz miareczkowañ liczby hydroksylowej/masy molowej, poniewa¿ s¹ to zarówno typowe miareczkowania odwrotne oraz powszechnie stosowane analityczne metody badawcze wymagane przy produkcji polioli. ¯yciorys dr Rossa Koile Dr Ross Koile, który jest jednym z autorów tego artyku³u, uzyska³ doktorat na Stanowym Uniwersytecie Iowa w 1981 r. Od 33 lat pracuje w przemyœle chemicznym, specjalizuj¹c siê w praktycznych zastosowaniach odkryæ naukowych z zakresu analityki w przemys³owych procesach wytwórczych. Dr Koile jest autorem lub jednym z autorów ponad 300 przemys³owych metod analitycznych takich jak pomiar rownowagi kwas/zasada produktów organicznych na poziomie kilku nanorównowa¿ników w gramie oraz charakteryzowanie rozpuszczalników przemys³owych. Wiarygodne wyniki badañ dziêki automatyzacji Drugim kluczowym elementem optymalizuj¹cym t¹ metodê jest utrzymywanie elektrody w czystoœci. Próbka Poliolu ma sk³onnoœæ do przyklejania siê do elektrody, co prowadzi do pogorszenia czu³oœci elektody w czasie. Z tego te¿ wzglêdu gor¹co zaleca siê stosowanie procedury oczyszczania polegaj¹cej na moczeniu elektrody w THF. Mo¿na to wykonaæ rêcznie. Zauwa¿o w tym przypadku jednak zbyt du¿¹ zmiennoœæ wynikaj¹c¹ z wp³ywu czynnika ludzkiego, aby mo¿na by³o zaleciæ to rozwi¹zanie, jako prowadz¹ce do optymalnego wykorzystania zasobów. Problem rozwi¹zano poprzez wprowadzenie do metody dwóch etapów kondycjonowania oraz badanie ka¿dej próbki na zmieniaczu próbek Rondo. Po zakoñczeniu badania ka¿dej próbki zmieniacz próbek zanurza na 30 sekund elektrodê w zlewce zawieraj¹cej THF. W celu zwiêkszenia efektywnoœci procesu oczyszczania stosowane jest mieszanie roztworu myj¹cego. Po oczyszczeniu nastêpuje etap kondycjonowania elektrody przez 60 sekund w roztworze 50% izopropanolu/50% wody dejonizowanej. Wyk³ada³ chemiê organiczn¹ i nieorganiczn¹ na poziomie licencjatu. Prowadzi³ równie¿ kurs rozwi¹zywania problemów dla Amerykañskiego Towarzystwa Chemicznego (American Chemical Society). Jest obecnie dyrektorem we w³asnej firmie konsultingowej dzia³aj¹cej w obszarze chemii oraz cz³onkiem komitetu PURMAC (Polyurethane Raw Materials Analysis - Analiza Surowców opartych na Poliuretanie) Amerykañskiej Rady Chemicznej (American Chemical Council). Rysunek 5: Titrator Excellence T50 z dwoma dodatkowymi napêdami biuret /biuretami przeznaczonymi do dozowania. Dok³adne oznaczanie stê¿enia kwasów do wytrawiania w przemyœle pó³przewodników C. Schreiner W przemyœle pó³przewodników du¿y nacisk k³adzie siê na dok³adnoœæ oznaczania kwasów stosowanych w procesie wytrawiania. W artykule nininiejszym opisano sposób wykorzystania Titratora Excellence do w pe³ni zautomatyzowanego, dok³adnego oznaczenia stê¿enia rozcieñczonego kwasu siarkowego w analizie rutynowej. Wprowadzenie Elementem niezwykle wa¿nym w procesie wytrawiania struktur pó³przewodnikowych jest wiedza o tym, czy stê¿enie kwasu siarkowego wynosi 9.0 czy 9.2%, poniewa¿ w³asnoœci trawi¹ce mog¹ siê znacz¹co ró¿niæ, nawet z wyst¹pieniem niewielkich odchyleñ. W efekcie uzyskaæ mo¿na materia³ wytrawiony za mocno lub niewystarczaj¹co. Stwarza to niebezpieczeñstwo, ¿e po¿¹dana struktura ulegnie ca³kowitemu zniszczeniu lub materia³ niepo¿¹dany nie ulegnie ca³kowitemu rozpuszczeniu. Analityk w laboratorium potrzebuje metody analitycznej spe³niaj¹cej nastêpuj¹ce wymagania: · Oznaczenie stê¿enia kwasu charakteryzuj¹ce siê wysok¹ dok³adnoœci¹, na przyk³ad odchylenia absolutne stanowi¹ce 0.2% rzeczywistej wartoœci · Wysoka powtarzalnoœæ (np. srel <0.1%) · Odpornoœæ oraz mo¿liwoœæ ³atwego zastosowania do analiz rutynowych Dodatkowo, musi istnieæ mo¿liwoœæ zautomatyzowania pomiaru oraz oceny danych za pomoc¹ oprogramowania zainstalowanego na komputerze. W praktyce, oznaczenie jest ³atwe do wykonania przy pomocy systemu, w którego sk³ad wchodzi titrator, oprogramowanie steruj¹ce LabX titration PC oraz czu³a elektroda pH. Skonfigurowanie systemu do pracy obejmowa³o pod³¹czenie titratora i wagi do laboratoryjnej sieci komputerowej poprzez interfejs e-Link Box. Niezmiernie wa¿ne dla dok³adnego oznaczenia stê¿enia kwasu siarkowego jest to, aby stê¿enie titranta nie ulega³o zmianie. Oznaczanie miana 1 mol/L wodorotlenku sodu powinno siê odbywaæ codziennie. Przy nastawianiu miana titranta mo¿na okreœliæ termin utraty wa¿noœci oraz termin przydatnoœci. Dla u¿ytkownika oznacza to, ¿e po up³ywie ustalonego terminu stosowanie titranta nie powinno mieæ miejsca, co oznacza, ¿e jego miano nale¿y oznaczyæ ponownie. Na ekranie titratora oraz w oprogramowaniu LabX titration PC wyœwietlony zostanie odpowiedni komunikat ostrze¿enia. W celu oznaczenia miana, na wadze XP205 w szklanej zlewce do miareczkowañ odwa¿a siê od 0.9 do 1.1 g wzorca pierwotnego, ftalanu potasu (KHP). Zaleca siê stosowanie zlewek szklanych, poniewa¿ skutecznie unika siê w ten sposób problemów zwi¹zanych z elektrycznoœci¹ statyczn¹, na przyk³ad b³êdów wa¿enia. Masa przenoszona jest do formularza serii. Formularz serii by³ uprzed- nio przechowywany jako klawisz skrótu na Terminalu Excellence w celu uproszczenia wprowadzania danych po zakoñczonych dzia³aniach. Liczba wzorców i próbek na formularzu zosta³a ju¿ zdefiniowana. W tej chwili wystarczy wy³¹cznie przenieœæ z wagi masê próbki. Optymalne masy wzorca pierwotnego oraz próbek kwasu siarkowego zosta³y zdefiniowane z podaniem wartoœci granicznych i s¹ wyœwietlane na wadze oraz na formularzu serii. U¿ytkownik wie w ka¿dym momencie, jaki zakres mas jest wymagany lub dopuszczalny (Rys. 2a i 2b). W tym momencie zostaje przygotowanych piêæ identycznych próbek, których masy zostaj¹ przeniesione do formularza serii (patrz Tabela 1). Optymalna masa próbki odnosi siê do objêtoœci nominalnej biurety 10 mL oraz optymalnej wielkoœci zu¿ycia wodorotlenku sodu, które Rysunek 1: Zastosowany system miareczkuj¹cy. Opis systemu · Titrator Excellence T70 · Elektroda pH DG111-SC · Zmieniacz próbek Rondo z 20-miejscow¹ karuzel¹ podajnika próbek · Pompa perystaltyczna SP250 · Waga XP205 METTLER TOLEDO (rozdzielczoœæ ±0.0001 g) · Oprogramowanie steruj¹ce LabX titration PC · Szklane naczynia do miareczkowañ · Wodorotlenek sodu 1 mol/L 23 Rozwi¹zania dla klientów Tabela 1: Optymalne masy próbki dla oznaczania kwasu siarkowego. Rysunek 2a: Wyœwietlacz wagi z mas¹ próbki, wartoœciami granicznymi (limitami) oraz ID próbki, wyœwietlacz terminala titratora z odpowiednim szablonem serii. Rysunek 2b: wyœwietlacz terminala titratora z odpowiednim szablonem serii. 24 powinno mieœciæ siê w zakresie od 4 do 6 mL. W dalszym etapie, nastêpuje za³adowanie zmieniacza próbek Rondo seri¹ wzorców pierwotnych oraz próbek. Uruchomienie pomiaru nastêpuje po naciœniêciu przycisku skrótu na titratorze ("Shortcut"). Po tym, w pierwszej pêtli metody oznaczane jest miano roztworu miareczkuj¹cego wodorotlenku sodu. Wykonanie tego dzia³ania wymaga podania za pomoc¹ pompy perystaltycznej SP250 60 mL wody zdejonizowanej. roztwór jest nastêpnie mieszany przez 90 s. Miareczkowanie jest prowadzone do pierwszego punktu równowa¿nikowego przy pomocy roztworu wodorotlenku sodu o stê¿eniu 1 mol/L. Miano jest obliczane z zastosowaniem funkcji obliczaj¹cej oraz Stê¿enie kwasu siarkowego [%] 5 10 15 20 Masa próbki [g] 3.9 - 5.9 2.0 - 3.0 1.3 - 2.0 1.0 - 1.5 przechowywane w inteligentnej biurecie titranta. Miano mo¿na zobaczyæ tu¿ po jego obliczeniu i zapisaniu w menu Setup | titrant data w trakcie realizacji metody. Miareczkowanie próbek odbywa siê automatycznie w drugiej pêtli metody. Jeszcze raz, nastêpuje zadozowanie 60 mL wody zdejonizowanej mieszanie przez 10 s oraz miareczkowanie roztworem wodorotlenku sodu o stê¿eniu 1 mol/L do pierwszego punktu równowa¿nikowego. W trakcie pomiaru mo¿na swobodnie korzystaæ z poszczególnych menu. Miêdzy innymi, w trakcie realizacji metody mo¿na równie¿ stworzyæ now¹ metodê oraz dokonaæ w menu Setup ustawieñ koniecznych do przeprowadzenia kolejnego pomiaru bez zak³ócania aktualnie wykonywanego pomiaru. Po zakoñczeniu miareczkowania, elektroda pH DG111-SC, mieszad³o, koñcówki biurety zostaj¹ dok³adnie przemyte od góry do do³u przy pomocy systemu przemywaj¹cego PowerShower™. Woda zdejoni- zowana jest kierowana szybkim strumieniem z szesnastu dysz w formie pierœcienia bezpoœrednio na oczyszczany element w trakcie ruchu skierowanego ku gorze nad zlewk¹ do miareczkowañ (Rys. 3). Roztwór przemywaj¹cy jest gromadzony w zlewce do miareczkowañ. Takie rozwi¹zanie eliminuje mo¿liwoœæ zanieczyszczenia zwi¹zanego z przeniesieniem próbki ("carry-over") oraz poprawia jakoœæ uzyskiwanych wyników. Parametry metody miareczkowania Przyjêto parametry zawarte w standardowych funkcjach pomiaru przechowywanych w titratorze. Niektóre z nich zosta³y dostosowane do specyficznych warunków prowadzenia pomiaru. W celu oznaczenia miana, zastosowano standardowe parametry miareczkowania do pierwszego punktu równowa¿nikowego (kwas/zasada) w ramach normalnego trybu aplikacji. W titratorze i w oprogramowaniu steruj¹cym LabX titration PC najczêœciej stosowane aplikacje przechowywane s¹ w formie szablonów. Istniej¹ równie¿ ustawienia dla miareczkowañ do pierwszego punktu równowa¿nikowego, miareczkowañ do punktu koñcowego oraz miareczkowañ pozwalaj¹cych u¿ytkownikowi w sposób nieskomplikowany i wydajny tworzyæ nowe metody. W razie potrzeby, parametry mo¿na dostosowaæ do indywidualnych potrzeb lub w³aœciwoœci próbki (patrz tabela 2). W celu oznaczenia stê¿enia kwasu siarkowego wybrano parametry standardowe miareczkowania do pierwszego punktu równowa¿nikowego (kwas/zasada). Dokonano ich nieznacznej modyfikacji po wykonaniu eksperymentów próbnych (patrz Tabela 2). Ustawienie dVmax, parametr opisuj¹cy maksymalny przyrost po dadaniu titranta, zosta³o obni¿one w celu utrzymania wartoœci odchy³ki podczas matematycznej oceny krzywej miareczkowania na jak najni¿szym poziomie. Przy tak niewielkich ró¿nicach w stê¿eniu ma to ogromne znaczenie. Aby to osi¹gn¹æ, dokonano zmiany trybu z Normalnie na U¿ytkownika. Dodatki titranta s¹ wykonywane dynamicznie w obu metodach, a zbieranie zmierzonych wartoœci jest nadzorowane pod k¹tem osi¹gniêcia równowagi. Dyskusja otrzymanych wyników i podsumowanie Uzyskano doskona³e wyniki dla stê¿enia kwasu siarkowego w serii szeœciu próbek zawieraj¹cych kwas siarkowy. Wyniki odchylaj¹ siê od rzeczywistej wartoœci tylko o 0.01% oraz wykazuj¹ doskona³¹ powtarzalnoœæ na poziomie 0.047% (patrz Tabela 3). Wysokie wymagania przemys³u pó³przewodników stawiane przed metod¹ oznaczania stê¿enia kwasu siarkowego zosta³y ca³kowicie spe³nione. System mo¿na zautomatyzowaæ przy pomocy zmieniacza próbek Rondo do poziomu, który wymaga od u¿ytkownika wy³¹cznie przygotowania próbek oraz uruchomienia pomiaru klikniêciem przycisku skrótu. Po wykonaniu dzia³añ zwi¹zanych z nastawieniem miana, miano jest zapisywanie w uk³adzie scalonym RFID biurety. Postêpowanie takie eliminuje b³êdy. Przy nastêpnym oznaczeniu w obliczeniach bierze udzia³ nowo zapisana wartoœæ miana. Dodatkowo, wprowadzanie danych mo¿e odbywaæ siê z poziomu titratora lub z poziomu oprogramowania LabX titration PC, w którym s¹ one gromadzone i archiwizowane. Parametr Jednostka Rysunek 3: System PowerShower™ w dzia³aniu. Dane mo¿na poddawaæ obróbce na dowolnej stacji roboczej, jeœli oprogramowanie LabX titration zosta³o zainstalowane w konfiguracji klientserver. Metoda Metoda wyznaczania miana oznaczania stê¿enia kwasu siarkowego Dodawanie titranta Dynamiczne dE mV dV min mL dV max mL Tryb Tabela 2: parametry metody miareczkowania do nastawiania miana oraz oznaczania stê¿enia kwasu siarkowego. 8.0 0.005 0.05 0.02 Kontrolowany pod k¹tem osi¹gniêcia równowagi dE mV 1 dt s 1 t min s t max s Tryb Próbki Stê¿enie 3 30 20 Kwas/zasada U¿ytkownika Miano s srel [%] n Tabela 3: Wyniki. [% (g/100g)] KHP Kwas siarkowy 9% 8.99 0.99849 0.00151 0.152 5 -- 0.0042 0.047 6 25 Rozwi¹zania dla klientów ELEKTRODY do pomiarów pH w trudnych produktach dostosowane do potrzeb laboratorium Rysunek 1: Pomiar ¿eli pod prysznic oraz szmponów jest stosunkowo prosty: pomiar kremów do opalania (zlewka z ty³u) staje siê rzecz¹ bardzej z³o¿on¹. 26 M. Hefti Wiêkszoœæ problemów pojawiaj¹cych siê podczas oznaczania pH w danej próbce jest zwi¹zana ze jej szczególnymi w³aœciwoœciami takimi jak lepkoœæ, kleistoœæ lub obecnoœæ mikrocz¹stek. Utrudnia to w znacznym stopniu opracowanie elektrody standardowej, która jest w stanie zmierzyæ równie dobrze i skutecznie wszystkie mo¿liwe próbki. W poni¿szym artykule opisano sposób podejœcia przyjêtego przy opracowaniu rozwi¹zania konkretnego problemu klienta odnosz¹cego siê do pomiaru trudnych próbek w przemyœle kosmetycznym. Czy trudne próbki musz¹ koniecznie wysoka dok³adnoœæ i wiarygodnoœæ oznaczaæ trudne pomiary? oznaczenia pH ma w odniesieniu do produktów kosmetycznych znaczePróbki wystêpuj¹ce w przemyœle nie zasadnicze, poniewa¿ u¿ytkownik kosmetycznym stanowi¹ jedno z koñcowy nak³ada je na swoj¹ skórê. najwiêkszych wyzwañ w zakresie pomiarów pH. Bardzo czêsto, sama Próbki specjalne wymagaj¹ rozwi¹konsystencja próbki znacz¹co utrud- zañ dostosowanych do konkretnej nia pomiar pH, na przyk³ad jeœli ma aplikacji … siê na myœli próbki charakteryzuj¹ce siê wysok¹ lepkoœci¹ takie jak kremy Firma METTLER TOLEDO mia³a lub ¿ele. ostatnio mo¿liwoœæ wykonania czujnika pH dostosowanego do konkretDodatkowo, te produkty ochronne nego zastosowania w bran¿y kosmezawieraj¹ w swoim sk³adzie sub- tycznej. Projekt zrealizowano we stancje podstawowe bêd¹ce olejami wspó³pracy ze znanym producentem lub t³uszczami. Zwiêksza to pojaw- kosmetyków. Problemy specyficzne iaj¹ce siê problemy jeszcze bardziej. zwi¹zane z tym segmentem produk(Tys. 1). Oprócz tego, produkty takie towym poddane zosta³y szczejak farby do w³osów lub szampony gó³owej analizie oraz rozwa¿one koloryzuj¹ce zawieraj¹ komponenty zosta³y mo¿liwe rozwi¹zania w oparbarwi¹ce czêœciowo w postaci drob- ciu o wczeœniejsze doœwiadczenia z noziarnistych pigmentów, które mo- naszymi elektrodami aktualnie g¹ siê akumulowaæ w diafragmie dostêpnymi na rynku. elektrody. Dostêpnoœæ rzeczywistych próbek z Jeœli spojrzy siê na ró¿ne próbki w szeregu produktów, które nale¿y ujêciu ca³oœciowym, staje siê jasne, codziennie mierzyæ w laboratoriach ¿e pomiary musz¹ obj¹æ bardzo sze- bran¿y kosmetycznej, oznacza³a, ¿e roki zakres pH, poniewa¿ pH niek- mo¿liwe jest zastosowanie ukierunktórych próbek mo¿e byæ bardzo owanego praktycznego podejœcia. niskie (kwasowe) lub bardzo wysok- Liczne wykonane pomiary pozwoli³y ie (alkaliczne). Wszystkie w³aœciwoœ- uzyskaæ bezcenne doœwiadczenie w ci wymienione powy¿ej dla próbek zakresie problemów analitycznych wystêpuj¹cych w sektorze kosmety- wystêpuj¹cych w codziennej prakcznym mog¹ mieæ negatywny wp³yw tyce laboratoryjnej. na dok³adnoœæ, odtwarzalnoœæ oraz czas trwania pomiaru. Jednoczeœnie, Pierwsz¹ rzecz¹, która na podstawie pomiarów sta³a siê oczywista, by³ szeroki zakres wartoœci pH uzyskiwanych dla ró¿nych próbek. Nie spodziewano siê, ¿e próbki pobrane z produktów kosmetycznych bêd¹ mia³y pH 1.8 lub 12.7. Praktyka pokaza³a zupe³nie coœ innego!. Z tego te¿ powodu, ju¿ od samego pocz¹tku zaistnia³a wyraŸna sk³onnoœæ do zastosowania szk³a HA do budowy czujników prototypowych , poniewa¿ ten rodzaj szk³a wykazuje dobr¹ liniowoœæ nawet przy wysokim pH. Drugim problemem by³o blokowanie diafragmy. Dalsze pomiary wykaza³y, ¿e by³ to w rzeczywistoœci g³ówny problem. Gotowi! Do biegu! Start! Wkrótce sta³o siê jasne, ¿e do pokonania tych trudnoœci potrzebne by³o nowe podejœcie. Podstawowym zamierzeniem by³o uzyskanie sta³ego ci¹g³ego przep³ywu roztworu elektrolitu przez diafragmê, poniewa¿ tak d³ugo jak diafragma jest przemywana elektrolitem niemo¿liwe staje siê jej zablokowanie przez materia³ próbki. Zamierzenie to zosta³o zrealizowane przez zamontowanie wewnêtrznego elementu ciœnieniowego w elektrodzie. Spowodowa³o to wytworzenie sta³ego nadciœnienia w komorze referencyjnej, które wymusi³o sta³y wyp³yw elektrolitu z uk³adu referencyjnego. Technologia zosta³a dopracowana do takiego poziomu perfekcji, ¿e sta³y wyp³yw elektrolitu jest uzyskiwany w ca³ym okresie eksploatacji czujnika. Uk³ad ten jest nazywany uk³adem referencyjnym SteadyForce™. System jestw tej chwili wa¿nym elementem wielu dostêpnych modeli elektrod, na przyk³ad elektrod METTLER TOLEDO InLab®Viscous i InLab®Power. LEPSZA sprawnoœæ potwierdzona zosta³a w rutynowej eksploatacji Istnia³o tylko jedno rozwi¹zanie pozwalaj¹ce upewniæ siê, ¿e nowo opracowane prototypy czujników potwierdzaj¹ swoj¹ wysok¹ sprawnoœæ w codziennej pracy laboratoryjnej: wykonanie i udokumentowanie jak najwiêkszej liczby pomiarów. W celu uzyskania wymownych wyników pomiarów, okreœlono najpierw powtarzalnoœæ na podstawie 15 pomiarów dla ka¿dej próbki. Dodatkowo sprawdzono odtwarzalnoœæ na podstawie serii 9 pomiarów wykonanych przez ró¿nych techników. Dla ka¿dego badanego czujnika uzyskano ogó³em 400 wyników, co w efekcie da³o oko³o dwa tysi¹ce pomiarów (ka¿dy czujnik z zapisanymi czasami pomiarów). Do przetworzenia tak du¿ego strumienia danych oraz dokonania ich oceny zastosowano elektroniczny system gromadzenia pojedynczych pomiarów LabX direct pH. Elastycznoœæ zastosowanego oprogramowania pozwoli³a bezpoœrednio zaimportowaæ dane do programu MS EXCEL® , tak aby wszystkie dane by³y we w³aœciwym formacie umo¿liwiaj¹cym ocenê (patrz tabela 1). Podsumowanie Opracowano dwa nowe czujniki, korzystaj¹c z doœwiadczenia w pracy z istniej¹cymi rodzajami czujników. S¹ to czujniki InLab®Viscous i InLab®SemiMicro. Oba czujniki nadaj¹ siê idealnie do próbek wystêpuj¹cych w przemysle kosmetycznym i mo¿na je uznaæ za "specjalistów" w tym obszarze. Ich w³aœciwoœci szczególne sprawiaj¹, ¿e s¹ one równie¿ przydatne do badañ próbek pochodz¹cych z takich obszarów jak farby, lakiery, ¿ywice, mas³o oraz produkty do nich podobne. Czujnik InLab®Viscous jest prosty w konserwacji I oczyszczaniu i niezwykle odporny na zanieczyszczenie ze wzglêdu na specjaln¹ konstrukcjê diafragmy w po³¹czeniu z uk³adem SteadyForce™. St¹d, jest to czujnik idealnie nadaj¹cy siê do pomiarów próbek szczególnie trudnych takich jak substancje kleiste, o wysokiej lepkoœci lub kolorowe. Czujnik InLab®Semi-Micro pozwala uzyskaæ wyniki, które s¹ równie dobre jak te uzyskiwane dla wielu próbek przy pomocy czujnika InLab®Viscous. Jest on jednak bardziej odpowiedni do badañ próbek prostszych oraz niewielkich iloœci próbek w naczyniach ma³ych oraz naczyniach o w¹skiej szyjce. Dziêki zastosowaniu szk³a A41, czujnik ten jest szczególnie przydatny do badañ próbek biologicznych. Oczy- P³yn do twarzy Tabela 1: Fragment otrzymanych danych. Akceptowalny zakres pH: od pH 3.50 do pH 4.10 Pomiar InLab®412 InLab®Viscous InLab®Semi-Micro 1 3.823 3.802 3.832 2 3.827 3.801 3.814 3 3.842 3.807 3.853 4 3.856 3.814 3.830 5 3.876 3.808 3.884 6 3.856 3.794 3.826 7 3.865 3.799 3.823 8 3.854 3.801 3.810 9 3.861 3.798 3.808 10 3.865 3.798 3.823 11 3.877 3.798 3.827 12 3.872 3.807 3.828 13 3.836 3.803 3.822 14 3.860 3.809 3.823 15 3.863 3.797 3.879 Wartoœæ œrednia 3.856 3.802 3.832 s 0.017 0.006 0.023 srel [%] 0.432 0.145 0.590 Wynik najwy¿szy 3.877 3.814 3.884 Wynik najni¿szy 3. 823 3.794 3.808 ± od wartoœci œredniej 0.027 0.010 0.038 Œredni czas pomiaru 00:38 00:59 00:46 wiœcie, nale¿y zachowaæ ostro¿noœæ w przypadku próbek kolorowych, poniewa¿ polimer XEROLYT®EXTRA uk³adu referencyjnego ma tendencje do zabarwiania siê. Nie stwierdzono jednak wp³ywu tego zjawiska na wyniki pomiarów. Opisane wy¿ej dwie nowe elektrody s¹ doskona³ymi przyk³adami, które pokazuj¹ sposób, w jaki innowacyjne pomys³y przybieraj¹ realn¹ postaæ oraz s¹ wprowadzane do stosowania dziêki bliskiej wspó³pracy z klientami (Rys. 2). Rysunek 2: Czujniki InLab® Viscous I InLab® SemiMicro w otoczeniu próbek pochodz¹cych z bran¿y kosmetycznej branch. 27 Rozwi¹zania dla klientów Najprostsze, najbardziej efektywne i najbezpieczniejsze: Titration Excellence Wersja 2.0 Nowe oprogramowanie firmowe w wersji 2.0 oferuje pe³n¹ funkcjonalnoœæ Plug & Play dla czujników, biuret, napêdów biuret oraz nowe rozwi¹zania i jeszcze prostsz¹ obs³ugê. Zastosowanie tego oprogramowania w po³¹czeniu z nowym oprogramowaniem steruj¹cym LabX titration wersja 2.6 oraz wieloma nowatorskimi akcesoriami PC sprawia, ¿e miareczkowanie staje siê jeszcze prostsze, bardziej efektywne oraz bezpieczniejsze. Nowe czujniki Plug & Play Obecnie jest dostêpna szeroka gama elektrod do miareczkowañ typu Plug & Play, któr¹ stanowi 17 szklanych czujników pH oraz czujników srebrnych i platynowych. Czujniki te pokrywaj¹ ca³e spektrum aplikacji, pocz¹wszy od rutynowych pomiarów pH, a skoñczywszy na miareczkowaniach specjalistycznych próbek o trudnych matrycach. W uk³adzie scalonym zainstalowanym w g³owicy dla serii Titration Excellence. Wszystkie zadania zwi¹zane z instalowaniem, przygotowaniem i analiz¹ mog¹ byæ teraz wykonywane z poziomu komputera. Odpowiednia zapisana informacja mo¿e stanowiæ Ÿród³o informacji w ramach prowadzonych auditów. Wszystkie zasoby takie jak titranty, wzorce oraz titranty wzorcowe, odczynniki, wartoœci pomocnicze oraz wartoœci odnosz¹ce siê do próbek œlepych mo¿na edy- elektrody przechowywane s¹ informacje takie jak typ elektrody, numer seryjny oraz dane o wzorcowaniu z monitorowaniem dat utraty wa¿noœci wzorcowania i okresie eksploatacji. Po pod³¹czeniu elektrody dane te s¹ automatycznie wczytywane do pamiêci titratora. Odbywa siê to bez udzia³u u¿ytkownika. Dziêki takiemu rozwi¹zaniu istnieje pewnoœæ, ¿e stosowany jest prawid³owy czujnik z wa¿nymi danymi. towaæ na komputerze i drukowaæ. Czujniki Plug & Play lub biurety s¹ automatycznie rozpoznawane, a odpowiednie informacje s¹ wysy³ane do oprogranowania LabX, gdzie s¹ one monitorowane w odniesieniu do okresu eksploatacji, dat utraty wa¿noœci statusu w zakresie wzorcowania lub nastawiania miana. Nowe czujniki Plug & Play s¹ w pe³ni kompatybilne z wczeœniejsz¹ oraz aktualn¹ wersj¹ oprogramowania sprzêtowego tiratorów Excellence. Aby skorzystaæ z nowej funkcjonalnoœci Plug & Play, w titratorze nale¿y zainstalowaæ najnowsz¹ wersjê oprogramowania oraz pod³¹czyæ kabel nowego czujnika. Nie wymagane s¹ ¿adne kosztowne zmiany sprzêtowe - nie mo¿na by³o tego bardziej uproœciæ! Dziêki oprogramowaniu LabX titration 2.6 wszystko jest pod kontrol¹ Nowa wersja oprogramowania LabX titration oferuje szereg udoskonaleñ 28 Wersja 2.6 oprogramowania zapewnia pe³n¹ zgodnoœæ z wymaganiami FDA 21 CFR Part 11, ze wzglêdu na rozbudowane w³aœciwoœci dotycz¹ce bezpieczeñstwa oraz zarz¹dzania prawami dostêpu u¿ytkowników oraz grup u¿utkowników. Oznacza to, ¿e tylko u¿ytkownicy, którym przypisano odpowiednie mog¹ dokonywaæ zmian. prawa, Nowy etap w dwufazowym oznaczaniu œrodków powierzchniowo czynnych: czujnik DS800 TwoPhase Nowy czujnik DS800 TwoPhase stanowi prawdziwy prze³om w dwufazowym potencjometrycznym miareczkowaniu anionowych i kationowych œrodków powierzchniowoczynnych zgodnie z norm¹ DIN EN 14480 oraz innymi normami. Elektroda oferuje prawdziw¹ alternatywê dla metody Eltona. Uzyskuje siê znacznie krótsze czasy miareczkowania oraz doskona³¹ jakoœæ wyników, któr¹ charakteryzuje wysoka dok³adnoœæ i precyzja. Wyeliminowano substancje toksyczne. Nie u¿ywa siê ju¿ truj¹cego chloroformu. Wszystkie rodzaje œrodków powierz- chniowo-czynnych mo¿na miareczkowaæ bezpoœrednio w emulsji bez koniecznoœci oczekiwania na rozdzielenie siê faz. Natychmiastowe dokumentowanie dziêki kompaktowej drukarce RSP26 Drukarka RS-P26 dostarcza wydruki zgodne z GxP, zajmuj¹c przy tym powierzchniê o wymiarach tylko 203 x 120 mm! Nowe funkcjonalnoœci i prostsze procedury operacyjne Titratory serii Excellence komunikuj¹ siê teraz w jêzyku polskim i rosyjskim, kilka biuret mo¿na przemywaæ jednoczeœnie po jednym naciœniêciu przycisku, badanie serii próbek mo¿na przerwaæ w dowolnym momencie, dokonaæ w nim modyfikacji oraz kontynuowaæ badanie bez utraty informacji o serii próbek. Dwie metody realizowane jednoczeœnie mo¿na ³atwo zsynchronizowaæ, wykorzystuj¹c bufor z wynikami. Nowa wersja oprogramowania 2.0 oferuje znacznie wiêcej. Elastyczna automatyzacja du¿ych serii próbek z Rondo 30 Dziêki zastosowaniu nowego zmieniacza próbek Rondo 30, wystarczy tylko jedno klikniêcie, aby zmiareczkowaæ do 30 próbek bezpoœrednio w zlewkach polipropylenowych o poj. 80 mL. Uzyskuje siê wiarygodne wyniki badañ dla pojedynczych oznaczeñ próbek oraz w sekwencjach ró¿nych serii próbek. Zapewnia to bardzo wydajny system przemywaj¹cy PowerShower™ oraz liczne mo¿liwoœci kondycjonowania próbek znajduj¹cych siê statywie. Praktycznie nie ma ¿adnych ograniczeñ, jeœli chodzi o elastycznoœæ w aplikacjach: mo¿na zastosowaæ do trzech elektrod pó³-mikro do wszystkich miareczkowañ str¹ceniowych, kwas/zasada, redoks prowadzonych w roztworach wodnych. Nawet skomplikowane procesy zautomatyzowane mo¿na w prosty sposób zaprojektowaæ przy pomocy intuicyjnego edytora metody zarówno zarówno z poziomu terminala titratora, jak równie¿ na komputerze z poziomu oprogramowania LabX titration wersja 2.6. Wszystko dla miareczkowania zautomatyzowanego: zmieniacz próbek Rondo Rondo 30 jest przyk³adem rozwi¹zania o szerokich mo¿liwoœciach w zakresie wykorzystania modu³owej platformy zmieniacza próbek Rondo. W celu rozwi¹zania specyficznych problemów zwi¹zanych specyficznych automatyzacj¹ aplikacji: Rondo 12: Bezpoœrednie miareczkowanie próbek o du¿ych objêtoœciach w polipropylenowych zlewkach do miareczkowañ o pojemnoœci 250 mL oraz w standardowych zlewkach szklanych szklanych o pojemnoœciach 400 i 600 mL. Rondo 15: Bezpoœrednie miareczkowanie próbek o objêtoœciach œrednich i du¿ych w standardowych szklanych zlewkach do miareczkowañ o pojemnoœciach 150 i 250 mL. Rondo 20: rozwi¹zanie wszechstronne zapewniaj¹ce najwy¿szy poziom elastycznoœci w zakresie automatyzacji, przeznaczone do bezpoœredniego miareczkowania próbek o œrednich objêtoœciach w seriach licz¹cych maksymalnie 20 próbek. Miareczkowanie mo¿e byæ prowadzone w polipropylenowych szklanych zlewkach do miareczkowañ o pojemnoœci 100 mL. Rondo 30: Elastyczny system Rondo przeznaczony do miareczkowania du¿ych serii próbek zawieraj¹cych maksymalnie 30 próbek w polipropylenowych zlewkach o pojemnoœci 80 mL Rondo 60: System podawania próbek przeznaczony do w pe³ni zautomatyzowanego próbkowania maksymalnie 60 próbek w standardowych probówkach w powi¹zaniu z modu³em próbkuj¹cym SU24. Rondo 60 plus: Wszystko to, co jest w stanie wykonaæ system Rondo 60 plus dodatkowo mo¿liwoœæ wykonania bezpoœredniego pomiaru pH w szeœædziesiêciu próbkach znajduj¹cych siê w standardowych probówkach wydzielonych z miareczkowania. Rondo 12 Rondo 15 Rondo 20 Rondo 30 Rondo 60 Rondo 60 plus W celu uzyskania dodatkowych informacji nale¿y odwiedziæ stronê internetow¹ www.mt.com/titration 29 Nowe produkty FiveGo™ i FiveEasy™ – proste i tanie wejœcie do œwiata elektrochemii Kompaktowe mierniki laboratoryjne FiveEasy™ oraz przenoœne odporne na zachlapania mierniki FiveGo™ s¹ idealnym rozwi¹zaniem dla ka¿dego, kto potrzebuje prostego i ³atwego w u¿ytkowaniu przyrz¹du, a przy tym daj¹cego szybko wiarygodne wyniki. Rysunek 1: FiveGo™ pH Rysunek 2: FiveEasy™ pH Zadziwiaj¹ca funkcjonalnoœæ · Piêæ parametrów pomiarowych: pH, mV (Redoks), przewodnictwo, TDS oraz zawartoœæ soli · Automatyczna kalibracja z automatycznym rozpoznawaniem buforu · Automatyczna i manualna kompensacja temperatury · W mierniku przenoœnym istnieje mo¿liwoœæ przechowania maksymalnie 30 wyników pomiarów Intuicyjne obs³ugiwanie · Du¿y, dobrze zorganizowany wyœwietlacz, który wyœwietla jednoczeœnie wyniki pomiarów, temperaturê oraz kryteria dla punktu koñcowego oraz przydatne ikony · Nie wymagaj¹ce wyjaœnienia przyciski przeznaczone do prostego uruchomienia i zakoñczenia pomiaru oraz wzorcowania · Zapisywanie danych pomiarowych oraz danych pochodz¹cych z kalibracji, a tak¿e uzyskiwanie dostêpu do nich po jednym naciœniêciu przycisku Przydatne akcesoria · Ramiê elektrody przeznaczone dla miernika laboratoryjnego mo¿na osadziæ z prawej lub z lewej strony. · W standardzie z miernikiem dostarczane s¹ uchwyt na elektrodê oraz paski pozwalaj¹ce bezpiecznie trzymaæ miernik w rêku · Szybki przewodnik - zalaminowany na wypadek zachlapañ · Porêczna walizka transportowa mieszcz¹ca miernik, elektrodê, bufor, butelki na próbki, instrukcjê obs³ugi, szybki przewodnik oraz bateriê na wymianê Miernikom towarzyszy oczywiœcie jakoœæ METTLER TOLEDO wynikaj¹ca z piêædziesiêcioletniego doœwiadczenia w zakresie budowy czujników oraz pozwalaj¹ca uzyskaæ wiarygodne pomiary. Wiêcej informacji mo¿na uzyskaæ od adresem internetowym: www.mt.com/pH Szybkie i wiarygodne wyniki – nowa generacja czujników InLab® wyznacza nowe standardy Wszystkie nowe czujniki posiadaj¹ odpowiednie nazwy, ³¹cz¹c w sobie nowoczesne technologie z tradycj¹ dmuchania szk³a, a wszystko po to, aby zapewniæ szybkie pomiary pH i Redoks. Ich wysoka precyzja i niezawodnoœæ po³¹czeniu z niewielkimi wymaganiami w zakresie konserwacji sprawia, ¿e nadaj¹ siê one do zastosowañ w szeregu aplikacjach. Praktycznie dla ka¿dej ga³êzi przemys³u i ka¿dej aplikacji Nowe modele uzupe³niaj¹ liniê czujników InLab® oraz poszerzaj¹ spektrum aplikacji, zaczynaj¹c od pomiarów rutynowych, a koñcz¹c na aplikacjach specjalistycznych w zak³adach produkcyjnych oraz laboratoriach chemicznych, farmaceuty30 cznych, przetwórstwa ¿ywnoœci, kosmetycznych, biologicznych i wielu innych. Wiarygodne rozwi¹zania dla pierwszorzêdnego problemu w pomiarach pH Firma METTLER TOLEDO oferuje wiele rozwi¹zañ problemu najczêœ- ciej spotykanego w pomiarach pH, a mianowicie zanieczyszczonej diafragmy referencyjnej. Wybieraæ mo¿na pomiêdzy uk³adem odniesienia ARGENTHAL™, technologi¹ elektrolitu polimerowego XEROLYT® oraz rewolucyjnym uk³adem odniesienia SteadyForce™. Próbki o du¿ej lepkoœci – ¿aden problem dla rewolucyjnego czujnika InLab®Viscous Czujnik InLab®Viscous zosta³ opracowany z myœl¹ o pomiarach pH w kleistych próbkach charaktery- zuj¹cych siê wysok¹ lepkoœci¹. Uk³ad odniesienia SteadyForce™ gwarantuje sta³y wyp³yw elektrolitu , nawet w przypadku najbardziej t³ustych i kleistych próbek, takich jak kosmetyki, farby lub ¿ywice. Próbki kleiste o wysokiej lepkoœci nie stanowi¹ teraz ¿adnego problemu dziêki zastosowaniu czujnika InLab®Viscous. Chcecie Pañstwo uzyskaæ dodatkowe informacje o naszych wysokosprawnych elektrodach? Prosimy odwiedziæ nasz¹ stronê internetow¹: www.mt.com/quickbrix Doskona³a ¿ywnoœæ – za spraw¹ miernika Quick-Brix™ Producenci owoców i warzyw oraz producenci ¿ywnoœci i soków doceniaj¹ nowe przenoœne mierniki zawartoœci cukru Quick-Brix™ METTLER TOLEDO. Zawartoœæ cukru ( w skali Brixa) odgrywa kluczow¹ rolê, pozwalaj¹c ustaliæ najlepszy czas zbiorów oraz oceniæ jakoœæ sk³adników od¿ywczych. Quick-Brix™ jest ³atwym w obs³udze, solidnym, odpornym na zachlapania miernikiem. Mo¿na go w³o¿yæ do kieszeni. Rolnicy oznaczaj¹ zawartoœæ cukru bezpoœrednio w swoich sadach, winnicach oraz polach i na podstawie uzyskanych wyników mog¹ okreœlaæ najlepszy moment rozpoczynania ¿niw. Przyczynia siê to do poprawy jakoœci œwie¿ej produkcji oraz wp³ywa na kolejne etapy przetwarzania ¿ywnoœci takie jak proces fermentacji w produkcji wina. W przetwórstwie ¿ywnoœci miernika Quick-Brix™ u¿ywa siê przed roz³adunkiem przychodz¹cych dostaw do oznaczenia jakoœci sk³adników takich jak sok owocowy, koncentrat, d¿em lub miód. Podczas produkcji mo¿e s³u¿yæ do sprawdzania stê¿enia cukru w mieszaninach przed nalaniem do butelek lub pakowaniem oraz podczas spraw- dzania przypadkowo wybranych próbek w ramach kontroli koñcowej. Miernik Quick-Brix™ ³¹czy w sobie ³atwoœæ obs³ugiwania oraz odpornoœæ wymagan¹ w przemyœle przetwórstwa ¿ywnoœci z jakoœci¹ i precyzj¹ zapewnian¹ przez firmê METTLER TOLEDO. W celu uzyskania dalszych informacji prosimy odwiedziæ nasz¹ stronê internetow¹:www.mt.com/quickbrix 31 Publikacje Chemicy opracowuj¹cy aplikacje w ramach zespo³u wsparcia klientów w zakresie chemii analitycznej przygotowali wiele publikacji oraz szereg broszur z aplikacjami w celu wsparcia klientów w ich codziennej pracy w laboratorium. Ka¿da broszura jest poœwiêcona konkretnej bran¿y przemys³u (przmys³ papierniczy, petrochemiczny, soków i napojów), konkretnemu modelowi titratora lub konkretnej technice analitycznej. Poni¿sza lista zawiera publikacje z towarzysz¹cymi im numerami katalogowymi. Mo¿na je otrzymaæ u przedstawiciela METTLER TOLEDO. Publikacje, przedruki i aplikacje Niemiecki Podstawy miareczkowania Podstawy miareczkowania Broszura aplikacyjna 1 Broszura aplikacyjna 2 Broszura aplikacyjna 3 Broszura aplikacyjna 5 Broszura aplikacyjna 6 Broszura aplikacyjna 7 Broszura aplikacyjna 8 Broszura aplikacyjna 9 Broszura aplikacyjna 11 Broszura aplikacyjna 12 Broszura aplikacyjna 13 Broszura aplikacyjna 14 Broszura aplikacyjna 15 Broszura aplikacyjna 16 Broszura aplikacyjna 17 Broszura aplikacyjna 18 Broszura aplikacyjna 19 Broszura aplikacyjna 20 Broszura aplikacyjna 22 Broszura aplikacyjna 23 Broszura aplikacyjna 24 Broszura aplikacyjna 25 Broszura aplikacyjna 26 Broszura aplikacyjna 27 Broszura aplikacyjna 29 Broszura aplikacyjna 32 Broszura aplikacyjna 33 Broszura aplikacyjna 34 51725008 704152 704153 724491 724492 724556 724557 724558 724559 51724633 51724634 51724645 51724646 51724647 51724648 51724649 51724650 Dieser Prospekt ist51724652 auf umwelt51724651 freundlichem Papier51724677 gedruckt. 51724676 51724764 51724765 51724768 51724769 51724907 51724908 51724909 51724910 51724911 51724912 51724915 51724916 51724917 51725012 51725013 51725020 51725014 51725015 51725023 51725054 51710070 51710071 51709854 51709855 51725053 51710082 51725059 51725060 51725065 Broszura aplikacyjna KF Broszura aplikacyjna KF Broszura aplikacyjna KF Broszura aplikacyjna DL12 Broszura aplikacyjna DL18 Broszura aplikacyjna DL25 Broszura aplikacyjna DL25 Broszura aplikacyjna DL25 Broszura aplikacyjna DL25 Broszura aplikacyjna DL70 Metody klientów Ró¿ne metody TAN/TBN Oznaczenia w œrodowisku wodnym Bezpoœrednie pomiary elektrodami ISE Techniki przyrostowe z wykorzystaniem elektrod ISE Standaryzacja titrantów I Standaryzacja titrantów II Oznaczenia z DL7x Wybrane aplikacje DL50 Oznaczanie azotu metod¹ Kjeldahla GLP w miareczkowaniu laboratoryjnym Wskazówki do sprawdzania wyników Walidacja metod miareczkowania Karta pamiêci "Pulp and paper" Karta pamiêci "Standardization of titrants" Karta pamiêci "Determination in Beverages" Przemys³ naftowy Miareczkowanie zwi¹zków powierzchniowo czynnych Miareczkowanie KF z wykorzystaniem DL5x Oleje i t³uszcze jadalne Przemys³ farmaceutyczny Przyrz¹dy do miareczkowania METTLER TOLEDO DL31/38 * Miareczkowanie KF z homogenizatorem Aplikacje z zastosowaniem METTLER TOLEDO Rondo 60 Przyrz¹dy do miareczkowania METTLER TOLEDO DL32/39 Metody METTLER dla DL15, DL22 F&B oraz DL28 Wybrane metody METTLER TOLEDO dla przyrz¹dów linii TitrationExcellence T50, T70, T90 Przemys³ chemiczny ¯ywnoœæ, napoje, kosmetyki 10 aplikacji dla DL35 ¯ywnoœæ Przemys³ naftowy / galwaniczny Przemys³ chemiczny Z³oto i srebro * Dostêpne tak¿e w jêzyku francuskim (51709856), hiszpañskim (51709857) i w³oskim (51709858) Wydawca Mettler-Toledo Sp. z o.o. 08-822 Warszawa, ul. Poleczki 21 Tel.: (22) 545 06 80 Fax. (22) 545 06 88 e-mail: [email protected] www.mt.com Autorzy: A. Alchert, M. Biber, T. Butta, S. Chen, C.A. De Caro Druk: Grafznak Warszawa 724353 724477 724325 724589 724105 51724624 51724626 51724628 Angieski 51725066 724354 724478 724326 724521 724590 724106 51724625 51724627 51724629 724613