BR112017004194B1 - Método, e, sistema - Google Patents

Abstract

Para determinar a concentração de um oxoânion em uma solução aquosa, um reagente de alumínio é adicionado à solução aquosa para formar uma solução de análise óptica. Adição do reagente de alumínio pode ou não formar um precipitado de hidrato de hidróxido alumino-oxoânion. A luz é direcionada para a solução de análise óptica para determinar uma resposta óptica da solução de análise óptica. Em seguida, a concentração do oxoânion na solução aquosa é determinada com base na resposta óptica da solução de análise óptica. Por exemplo, a concentração do oxoânion pode ser calculada usando uma razão molar relacionando concentração de oxoânion à concentração de reagente de alumínio, quando a concentração de reagente de alumínio corresponde a um ponto de inflexão da resposta óptica da solução de análise óptica.

Description

[001] Este pedido pode ser reconhecido como relacionado ao Pedido de Patente US No. 13/787.365, depositado em 6 de março de 2013, e um pedido co-apresentado intitulado “ADDITION OF ALUMINUM REAGENTS TO OXOANION-CONTAINING WATER STREAMS” e recebeu o número de registro do Agente 29805.171.1. Todos os conteúdos destes dois pedidos são aqui incorporados por referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] Esta descrição refere-se à quantificação de oxoânions e, mais particularmente, à quantificação de oxoânions em soluções aquosas tendo concentrações desconhecidas de oxoânions.

FUNDAMENTOS

[003] Oxoânions são uma classe de moléculas aniônicas portadoras de oxigênio que podem ser formadas durante os processos industriais. Os oxoânions típicos encontrados durante as operações de processamento comerciais incluem borato, carbonato, fosfato, sulfato, cromato e arsenato. Estes oxoânions podem ser formados quando uma substância contendo o elemento não oxigênio do oxoânion é exposta a oxigênio, água e/ou bactérias. Por exemplo, durante a escavação de material de terra, como operações de mineração e moagem, minerais em rochas podem ser expostos a condições oxidantes formando oxoânions em infiltrações água ou correntes de resíduos de processo.

[004] Devido aos efeitos adversos para a saúde e o meio ambiente associados a muitas oxoânions, as agências reguladoras governamentais limitam frequentemente o nível no qual certos oxoânions podem ser descarregados com água residual para o meio ambiente. Como resultado, os operadores de processo e os sítios de fabricação que geram oxoânions frequentemente desejam monitorar a concentrações de oxoânion presentes nas correntes de processo, como as correntes de águas residuais que são liberados para o meio ambiente. Informações de concentração de oxoânion também podem ser usadas para estabelecer ou ajustar um regime de tratamento destinado a reduzir a concentrações de oxoânion presentes em uma corrente antes de serem descarregados para o meio ambiente.

[005] Na prática, composições e concentrações de oxoânions podem mudar ao longo do tempo e com fatores ambientais. Fatores como precipitação, temperatura, condições de processo industrial, teor de matéria de terra e componentes químicos do processo podem causar mudanças na composição de oxoânions em uma dada corrente de água residual ao longo do tempo. Assegurar que a concentração de oxoânion em uma corrente aquoso seja medida de modo preciso e oportuna pode ajudar a garantir o cumprimento das exigências regulatórias governamentais e uma boa gestão ambiental e de saúde.

SUMÁRIO

[006] Em geral, esta descrição é dirigida a dispositivos, sistemas e técnicas para determinar opticamente a concentração de um oxoânion em uma solução aquosa tendo uma concentração de oxoânion desconhecida usando um reagente à base de alumínio. Em alguns exemplos, a técnica envolve adicionar um reagente de alumínio à solução aquosa para formar um particulado de alumino-oxoânion que muda as propriedades ópticas da solução aquosa. Por exemplo, adição do reagente de alumínio à solução aquosa pode formar um precipitado de hidrato de hidróxido alumino- oxoânion que é mantido em suspensão dentro da solução aquosa sob observação. A resposta óptica da solução aquosa pode variar dependendo da extensão e características do precipitado formado que, por sua vez, pode variar dependendo da concentração do oxoânion presente na solução aquosa. Ao analisar opticamente a solução aquosa após adição do reagente de alumínio, a resposta óptica da solução pode ser usada para determinar a concentração da oxoânion presente na solução.

[007] Sem desejar ser limitado por qualquer teoria particular, acredita-se que o reagente de alumínio pode hidrolisar quando da adição à solução aquosa para formar uma estrutura de tipo de íon Keggin de Al. A estrutura resultante pode ser uma espécie oligomérica que incorpora uma ou mais moléculas de oxoânion na estrutura oligomérica. As espécies oligoméricas podem absorver e/ou refletir a luz dirigida na solução aquosa em proporção à concentração das espécies oligoméricas presentes na solução. Além disso, a concentração das espécies oligoméricas pode variar dependendo da concentração do oxoânion presente na solução aquosa. Como resultado, a concentração do oxoânion presente na solução aquosa pode ser determinada com base na resposta óptica da solução aquosa após adição do reagente de alumínio.

[008] Na prática, foi observado, em alguns exemplos, que a resposta óptica de uma solução aquosa contendo espécies de oxoânion é previsível (por exemplo, geralmente linear, curvada, exponencial) dentro de uma dada faixa de concentração a uma concentração específica de alumínio, mas é não previsível fora dessa faixa. Em casos em que uma solução aquosa tem uma concentração desconhecida de oxoânion que se espera que esteja dentro da faixa de concentração dada, uma quantidade predeterminada de reagente de alumínio pode ser adicionada à solução aquosa correspondendo a uma quantidade usada para desenvolver a informação de calibração previsível (por exemplo, geralmente linear, curvada, exponencial). A concentração de oxoânion na solução aquosa pode ser determinada correlacionando a resposta óptica da solução à concentração de oxoânion usando a informação de calibração.

[009] Em outras aplicações, em que a concentração de oxoânion desconhecida não é esperada estar dentro de uma dada faixa de concentração, a concentração de oxoânion pode ser determinada por adição sequencial de porções de reagente de alumínio à solução aquosa, assim aumentando progressivamente a quantidade de reagente de alumínio adicionada à solução. A resposta óptica da solução aquosa pode ser determinada depois de cada porção de reagente de alumínio ser adicionada à solução aquosa. Em alguns exemplos, um ponto de inflexão óptico (por exemplo, mínimos ou máximos) é observado quando a concentração do oxoânion está em uma razão molar específica ou faixa de razões molares relativa à concentração de alumínio. Assim, a concentração de oxoânion pode ser determinada com base na quantidade de reagente de alumínio correspondendo ao ponto de inflexão da resposta óptica e à razão molar conhecida relacionando concentração de oxoânion com concentração de alumínio nesse local.

[0010] Em algumas aplicações, um fluoróforo é adicionado à solução aquosa tendo a concentração desconhecida de oxoânions para determinar a concentração de oxoânion com base na resposta fluorométrica. Na prática, foi observado, em alguns exemplos, que intensidade de emissão do fluoróforo diminui com concentração aumentada de oxoânion (em uma concentração fixada de alumínio) até um ponto de inflexão de concentração de oxoânion, após o que a intensidade de emissão do fluoróforo começa a aumentar com concentração de oxoânion aumentando de modo contínuo. Sem novamente querer se limitar a qualquer teoria particular, acredita-se que a espécie fluoróforo e a espécie oxoânion podem competir, ambas, para reagir com o alumínio presente na solução aquosa. Por exemplo, uma estrutura do tipo de ion Keggin de Al pode ser formada após adição do alumínio à solução aquosa, criando uma espécie oligomérica que incorpora uma ou mais moléculas de oxoânion e/ou moléculas de fluoróforo. A extensão da incorporação de fluoróforo no oligômero (e assim diminuição correspondente em resposta de emissão fluorescente) está relacionada com a concentração de oxoânion na solução, entre outros fatores, permitindo a quantificação da concentração de oxoânion.

[0011] Em um exemplo, um método é descrito que inclui a adição de um reagente de alumínio a uma solução aquosa tendo uma concentração desconhecida de um oxoânion e formando, assim, uma solução de análise óptica compreendendo um precipitado de hidrato de hidróxido alumino- oxoânion. O método ainda inclui direcionar luz para a solução de análise óptica e determinar a partir daí uma resposta óptica da solução de análise óptica e determinar uma concentração do oxoânion na solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion com base na resposta óptica da solução de análise óptica.

[0012] Em outro exemplo, um sistema é descrito que inclui uma fonte de uma solução aquosa tendo uma concentração desconhecida de um oxoânion e uma fonte de reagente de alumínio configurada para fornecer reagente de alumínio à solução aquosa e, assim, formar uma solução de análise óptica compreendendo um precipitado de hidrato de hidróxido alumino-oxoânion. O sistema também inclui um sensor óptico incluindo um emissor configurado para direcionar luz para a solução de análise óptica e um detector configurado para detectar luz a partir da solução de análise óptica e prover a partir do mesmo uma resposta óptica. O sistema também inclui um controlador configurado para determinar uma concentração do oxoânion na solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion com base na resposta óptica da solução de análise óptica.

[0013] Os detalhes de um ou mais exemplos são especificados nos desenhos em anexo e na descrição abaixo. Outras características, objetos e vantagens serão evidentes a partir da descrição e desenhos e das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] A Figura 1 é um fluxograma ilustrando um processo de exemplo para medir opticamente a concentração de oxoânion usando um reagente à base de alumínio.

[0015] A Figura 2 é um fluxograma mostrando um processo de exemplo para controlar adição de alumínio com base em características da solução aquosa sob análise para a técnica de Figura 1.

[0016] A Figura 3 é um diagrama conceituai ilustrando um sistema de fluido de exemplo que pode ser usado para uma análise no sítio de uma solução aquosa para determinar a concentração de oxoânion de acordo com as técnicas de exemplo de Figuras 1 e 2.

[0017] A Figura 4 é um gráfico mostrando dados de resposta à emissão fluorescente experimental de exemplo como uma função de dose de Al e concentração de sulfato.

[0018] A Figura 5 é um gráfico mostrando dados de resposta à turbidez experimental de exemplo como uma função de concentração de sulfato e dosagem de Al.

[0019] A Figura 6 é um gráfico mostrando dados adicionais de resposta à emissão fluorescente experimental de exemplo como uma função de dose de Al e concentração de sulfato.

[0020] A Figura 7 é um gráfico mostrando concentrações de Al de exemplo nos mínimos de emissão fluorescente para diferentes soluções de sulfato de exemplo.

[0021] A Figura 8 é um gráfico mostrando dados adicionais de resposta à turbidez experimental de exemplo como uma função de concentração de sulfato e dosagem de Al.

[0022] A Figura 9 é um gráfico mostrando dados de resposta à emissão fluorescente experimental de exemplo como uma função de dose de Al e concentração de molibdato.

[0023] A Figura 10 é um gráfico mostrando dados de resposta à turbidez experimental de exemplo como uma função de concentração de molibdato e dosagem de Al.

[0024] A Figura 11 é um gráfico mostrando dados de resposta à turbidez experimental de exemplo como uma função de concentração de cromato e dosagem de Al.

[0025] A Figura 12 é um gráfico mostrando dados de resposta fluorescente experimental de exemplo como uma função de concentração de selenato e dosagem de Al.

[0026] A Figura 13 é um gráfico mostrando dados de resposta fluorescente experimental de exemplo como uma função de concentração de borato e dosagem de Al.

[0027] A Figura 14 é um gráfico mostrando dados de resposta fluorescente experimental de exemplo como uma função de concentração de arsenato e dosagem de Al.

[0028] A Figura 15 é um gráfico mostrando relações lineares de exemplo entre concentrações de oxoânion e concentrações de Al em mínimos de emissão fluorescente.

[0029] A Figura 16 é um gráfico mostrando relações lineares de exemplo entre concentrações de oxoânion e concentrações de Al em máximos de turbidez.

[0030] A Figura 17 é um gráfico mostrando resposta de emissão fluorescente de exemplo de um fluoróforo de exemplo na ausência de quaisquer oxoânions como uma função de concentração de Al.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0031] Esta descrição refere-se geralmente a técnicas e sistemas para medir concentrações de oxoânion em líquidos à base de água usando reagentes de alumínio. Em alguns exemplos, uma amostra de um líquido contendo uma concentração de oxoânion desconhecida é extraída de uma fonte e um reagente de alumínio é adicionado à amostra. O reagente de alumínio pode ser homogeneamente misturado em toda a amostra para prover um meio destinado à análise óptica subsequente e referido como uma solução de análise óptica. A solução de análise óptica pode ser analisada opticamente direcionando luz na solução e detectando luz a partir da solução, assim provendo uma resposta óptica da solução de análise óptica. Em exemplos diferentes, a luz detectada a partir da solução pode ser luz transmitida através da solução ou espalhada por sólidos presentes na solução (provendo uma resposta óptica de transmitância e/ou absorbância ou resposta óptica colorimétrica nos casos em que está presente um cromóforo absorvente opticamente), luz refletida ou espalhada pela solução (provendo uma resposta óptica de turbidez) e/ou luz fluorescente emanando da solução em resposta à luz emitida (provendo uma resposta óptica de fluorescência). Em qualquer exemplo, a resposta óptica pode variar dependendo da concentração de oxoânion na amostra e, consequentemente, a concentração de oxoânion pode ser determinada com base na resposta óptica.

[0032] Por exemplo, após adição de um reagente de alumínio a uma amostra aquosa contendo oxoânion, pelo menos uma porção do reagente de alumínio pode hidrolisar para formar um particulado/precipitado de alumino- hidróxido que muda as propriedades ópticas da solução aquosa contendo o oxoânion. O particulado de alumino-hidróxido pode ser uma estrutura de rede oligomérica ou polimérica que incorpora uma ou mais espécies de oxoânion na estrutura, por exemplo, via forças de atração elétrica ou ligação covalente. A quantidade de particulado formado pode variar, por exemplo, dependendo de fatores como a composição química dos oxoânions na amostra aquosa, a concentração do oxoânion, a quantidade de alumínio introduzida na amostra aquosa e o pH da amostra. Uma vez que o particulado muda as características ópticas da amostra aquosa em comparação com as características ópticas antes da introdução do reagente de alumínio, a resposta óptica da amostra aquosa contendo reagente de alumínio adicionado pode ser usada para quantificar a quantidade de oxoânion na amostra.

[0033] Medir concentrações de oxoânion em amostras aquosas pode ser útil por várias razões. As correntes de processo podem ser submetidas a vários limites de concentração de oxoânion, como limites à quantidade de oxoânions que podem ser descarregados para o meio ambiente com águas residuais ou a quantidade de oxoânions que podem estar presentes em uma corrente de processo devido a exigências de processamento a montante. Consequentemente, análise óptica de amostras a partir das correntes de processo pode prover informação de rastreamento de observância da concentração de oxoânion. Como outro exemplo, a informação de medição de concentração de oxoânion pode prover informação de controle que pode ser usada para controlar processos de tratamento e remoção de oxoânion. Por exemplo, informação de concentração de oxoânion gerada de acordo com a presente descrição pode ser usada para controlar a dosagem de agentes precipitantes adicionados para precipitar e remover oxoânions de uma corrente sofrendo tratamento. Uma técnica de exemplo para o tratamento de correntes aquosas contendo oxoânions é descrita em um pedido de patente co- apresentado intitulado "ADDITION OF ALUMINUM REAGENTS TO OXOANION-CONTAINING WATER STREAMS" e que recebeu o número de registro de Agente 29805.171.1, cujo conteúdo completo é aqui incorporado por referência.

[0034] Assegurar que a concentração de oxoânion em uma amostra aquosa sofrendo avaliação é quantificada com de modo preciso e oportuno pode ajudar a controlar regimes de tratamento e assegurar a observância de quaisquer limites de concentração colocados na fonte de amostra subjacente. Dependendo da aplicação desejada, os sistemas e técnicas descritos podem ser implementados como uma ferramenta de monitoramento on line para determinar e registrar automaticamente a concentração de oxoânion em uma corrente de processo. A informação de concentração de oxoânion determinada pela ferramenta de monitoramento on line pode então ser usada para controlar automaticamente outros aspectos do processo, como descarga de águas residuais, dosagem de agente precipitante de oxoânion e similares.

[0035] A Figura 1 é um fluxograma ilustrando um processo de exemplo para medição óptica da concentração de oxoânion usando um reagente à base de alumínio. O processo de exemplo inclui receber uma amostra de uma solução aquosa com uma concentração de oxoânion desconhecida (10) e a adição de um reagente à base de alumínio à amostra (12), formando assim uma solução de análise óptica. O processo de exemplo também inclui opcionalmente ajustar o pH da solução (14) e/ou opcionalmente adicionar um fluoróforo ou cromóforo à amostra aquosa sofrendo análise (15). Adicionalmente, o processo de exemplo inclui ainda a medição da resposta óptica da solução de análise óptica (16) e a determinação da concentração do oxoânion na solução aquosa com base na resposta óptica (18). Como descrito em maiores detalhes abaixo, a resposta óptica da solução de análise óptica pode variar com base em fatores como composição e quantidade de reagente à base de alumínio adicionado à amostra, a concentração e composição química dos oxoânions na amostra aquosa e o pH da amostra. Ao controlar apropriadamente a adição do reagente à base de alumínio e processamento dos dados de resposta óptica, a concentração dos oxoânions presentes na solução aquosa pode ser extraída a partir dos dados de resposta óptica.

[0036] Na técnica de Figura 1, uma solução aquosa tendo uma concentração de oxoânion desconhecida é recebida a partir de uma fonte (10). A solução aquosa pode ser recebida a partir de vários processos industriais diferentes, e a descrição não está limitada ao tratamento de uma solução aquosa a partir de qualquer fonte particular. Em algumas aplicações, a solução aquosa é uma amostra de uma corrente de descarga, efluente, drenagem e/ou infiltração de uma mina, pilha de rejeitos de carvão, local de construção, fabrica de produtos químicos ou outro local. Por exemplo, a solução aquosa pode ser uma corrente de descarga formando uma drenagem de mina onde as formações rochosas foram perturbadas (por exemplo, escavadas) e expostas a fontes de água como precipitação, água de superfície e/ou fontes de águas subterrâneas, de modo que a água contém metais e minerais cm solução ou suspensão. Tal corrente pode ser produzida a partir de locais de mina, incluindo operações de extração, ou escavação, ativas, inativas ou abandonadas para remover minerais, metais, minérios e/ou carvão da terra. Exemplos de tais operações de extração incluem areias de petróleo, carvão, minerais, metais e minérios, incluindo calcário, talco, ouro, prata, ferro, zinco, manganês, molibdênio, antimônio, cromo, cobre e níquel.

[0037] Independente da fonte de solução aquosa, a solução pode conter oxoânions em uma concentração desconhecida (por exemplo, uma concentração que é indeterminada por um usuário externo). O termo oxoânion, que pode ser chamado um oxiânion, refere-se a um composto químico negativamente carregado tendo a fórmula AxOyz, em que A é um elemento químico diferente de oxigênio; O é oxigênio; Z é tipicamente um número inteiro tendo um valor de pelo menos 1 (por exemplo, 1, 2, 3, ou mais); X é tipicamente um número inteiro tendo um valor de 1 ou 2; e Y é tipicamente um número inteiro tendo um valor de pelo menos 1 (por exemplo, 1, 2, 3, 4, ou mais).

[0038] Oxoânions podem ser formados por muitos elementos químicos. Por exemplo, oxoânions incluem borato, carbonato, nitrato, fosfato, sulfato, cromato, arsenato, selenato, molibdato, nitrito, fosfato, sulfito, arsenito, selenito, hipofosfito, fosfato, hipossulfito, perclorato, perbromato, periodato, permanganate, clorato, cromato, bromato, iodato, clorito, bromito, hipoclorito e hipobromito. Um oxoânion específico pode ser formado em um sítio de extração por exposição de um elemento químico a oxigênio e água. Por exemplo, o sulfato de oxoânion pode ser formado quando material de terra extraído contendo sulfeto metálico é exposto a oxigênio e água.

[0039] Os oxoânions específicos presentes na solução aquosa sofrendo análise irão variar, por exemplo, com base em tipo de processo produzindo a solução e a fonte dos oxoânions. Em alguns exemplos, a solução aquosa sofrendo análise inclui (ou, em outros exemplos, consiste ou consiste essencialmente em) sulfato, molibdato, borato, selenato, selenita, arsenato, nitrato e/ou vandinato. Por exemplo, o fluxo aquoso pode ter um ou mais oxoânions tendo a fórmula AxOiz, em que A é selecionado dentre o grupo consistindo em Mo, B, Cr, Se, Ar, N, e S; X é um número inteiro tendo um valor de 1 ou 2; Y é um número inteiro tendo um valor 2, 3, ou 4, e Z é um número inteiro tendo um valor de 1,2, ou 3. Em um exemplo específico, a solução aquosa inclui (ou, em outros exemplos, consiste essencialmente em) sulfato (SO42 ). Sulfato é um oxoânion encontrado cm muitas correntes de resíduos de drenagem de rochas de minas e outros efluentes de escavação. Em alguns exemplos, a corrente aquosa inclui uma mistura de múltiplos oxoânions.

[0040] Como outro exemplo, a solução aquosa sofrendo análise pode incluir sulfato como o oxoânion e/ou oxoânions que são isoestruturais com sulfato e têm uma carga negativa de -2 ou maior. Por exemplo, a solução aquosa pode incluir um oxoânion tendo a fórmula AxOyz, em que A é um elemento químico selecionado dentre o grupo consistindo em Se, P, As, Cr, B, Mo, V e S; X é um número inteiro tendo um valor de pelo menos 1 (por exemplo, 1 ou 2); O é oxigênio; Y é um número inteiro tendo um valor de pelo menos 1 (por exemplo, 1, 2, 3, 4, ou mais); e Z é um número inteiro tendo um valor de 2 ou maior. Exemplos de tais oxoânions incluem selenita, fosfato, arsenato, cromato, molibdato e vanadato. Sulfato e oxoânions isoestruturais com sulfato foram observados como formando redes com estruturas do tipo de ion Keggin de Al que podem ser formar quando da adição de alumínio a uma solução aquosa contendo os oxoânions. Como resultado, partículas opticamente ativas ou interferentes contendo os oxoânions nas estruturas do tipo de íon Keggin de Al podem ser opticamente medidas para determinar a concentração de oxoânions na amostra sob análise.

[0041] Além de conter um ou mais oxoânions, a solução aquosa sofrendo análise pode conter cátions correspondentes, por exemplo, provendo neutralidade de carga elétrica à solução. Os tipos de cátions presentes na solução aquosa irão novamente variar com base no processo produzindo a solução e a fonte dos cátions. Cátions típicos associados com solução de efluentes residuais contendo oxoânion incluem cátions metálicos, como metais alcalinos do Grupo I (por exemplo, Na, K) e/ou metais alcalino- terrosos de Grupo II (por exemplo, Be, Mg, Ca). No caso de soluções de drenagem de rochas minerais, metais pesados como ferro, cromo, cobalto, zinco, níquel e/ou cobre também podem estar presentes.

[0042] A técnica da Figura 1 não é limitada à análise de soluções aquosas tendo qualquer faixa de concentração particular de oxoânion. Por exemplo, a concentração de oxoânions na solução aquosa sob avaliação, embora inicialmente desconhecida, pode estar na faixa de, por exemplo, menos do que 500 partes por milhão (ppm) a mais do que 1000 ppm. Por exemplo, os oxoânions na solução podem ter mais do que 500 ppm, como mais do que 750 ppm, mais do que 1000, mais do que 1500 ppm, mais do que 2500 ppm, ou mais do que 10.000 ppm (por exemplo, 10.000 ppm a 20.000 ppm). Em algumas aplicações, a concentração dos oxoânions na solução aquosa pode ser menor do que 3000 ppm, como menor do que 2500 ppm, ou menor do que 2000 ppm. Por exemplo, a concentração dos oxoânions na solução aquosa pode estar na faixa de 10 ppm a 2500 ppm, como de 50 ppm a 2000 ppm, ou de 500 ppm a 1500 ppm. Deve ser notado que as concentrações acima são apenas exemplos e a descrição não é limitada a este respeito. Além disso, salvo indicado ao contrário, partes por milhão (ppm) como aqui usado faz referência a partes por milhão em peso.

[0043] Dependendo da fonte da solução aquosa, a concentração dos oxoânions pode variar ao longo do tempo (por exemplo, de modo que uma amostra de solução aquosa retirada da fonte de uma vez pode ter uma concentração de oxoânion diferente de uma amostra de solução aquosa retirada de uma fonte em um momento diferente). Fatores como precipitação, temperatura, condições de processo industrial e teor de matéria de terra, entre outros, podem levar os oxoânions a se tornarem diluídos ou aumentar a concentração em uma corrente fluindo em relação à concentração em um período de tempo anterior. A mudança de concentração do oxoânion durante um período de tempo pode ser maior do que 10 por cento, como maior do que 25 por cento ou maior do que 50 por cento. O período de tempo em que a concentração varia pode ser comparativamente curto, como de uma meia hora ou uma hora, ou mais longo, como um turno (por exemplo, um turno de oito horas), um dia ou uma semana.

[0044] Além de um ou mais oxoânions e cátions metálicos correspondentes, o restante da corrente pode compreender água e compostos específicos correspondentes à fonte da corrente aquosa. Exemplos de compostos que podem estar presentes na corrente aquosa incluem, mas não estão limitados a, cátions metálicos de transição, bicarbonato carbonatado, cianeto, orgânicos, floculantes e/ou auxiliares de flotação.

[0045] Qualquer que seja a composição da solução aquosa sendo recebida, a solução pode ser recebida a partir de uma fonte e submetida à análise óptica para determinar o teor de oxoânion (10). A solução aquosa pode ser recebida e coletada dentro de um recipiente de análise óptica (por exemplo, uma célula óptica), provendo um volume estático de líquido que pode ser analisado. Alternativamente, a solução aquosa pode ser analisada continuamente (por exemplo, desenhando uma corrente deslizante), adicionando reagente de alumínio à corrente escoando e analisando opticamente a corrente à medida que ela flui passando por um sensor óptico.

[0046] Na técnica de exemplo da Figura 1, a solução aquosa tendo uma concentração desconhecida de oxoânion é recebida (10) e um reagente à base de alumínio é adicionado à solução aquosa (12) formando, assim, uma solução de análise óptica. Em exemplos diferentes, o reagente à base de alumínio pode ser adicionado a um recipiente estático contendo a solução aquosa ou uma corrente escoando da solução aquosa. O reagente à base de alumínio pode ser ou não misturado (por exemplo, homogeneamente) com a solução aquosa para distribuir uniformemente o reagente em toda a solução aquosa. Em ambos os casos, o reagente de alumínio pode reagir com a solução aquosa para formar um particulado à base de alumínio ou precipitar na solução de análise óptica. Por exemplo, o reagente à base de alumínio pode hidratar após adição à solução aquosa formando um particulado ou precipitado de hidróxido de alumínio hidratado.

[0047] Embora não pretendendo ser limitado por qualquer teoria particular de operação, acredita-se que o reagente à base de alumínio pode hidrolisar quando da adição à solução aquosa para formar um tipo de estrutura de íon Keggin de alumínio. O íon Keggin de alumínio é uma estrutura de oligômero alumino-hidróxido-hidrato com a fórmula geral [Ali3θ4(OH)24- 2H2O]7 . A forma de alumínio AI13 tem uma estrutura de agrupamento em que sítios octaédricos estão associados a sítios tetraédricos, os sítios tetraédricos representando cerca de 1% a 20% dos sítios, geralmente cerca de 6% a 10% dos sítios. A carga positiva na espécie de íon Keggin de alumínio pode incorporar espécies negativamente carregadas (por exemplo, oxoânions, fluoróforos, cromóforos) na rede oligomérica através de forças de atração de carga intermolecular (por exemplo, forças de van der Waals). Como resultado, a extensão em que a espécie alumínio-hidróxido-hidrato se forma e as propriedades ópticas do particulado ou precipitado podem variar dependendo da concentração de oxoânion negativamente carregados presentes na solução aquosa.

[0048] Qualquer fonte apropriada de alumínio pode ser usada como reagente à base de alumínio. O reagente de alumínio pode ser básico de tal modo que a adição do reagente de alumínio à solução aquosa aumenta o pH da solução, ácido de tal modo que a adição do reagente de alumínio à solução aquosa reduz o pH da solução ou substancialmente pH neutro. Exemplos de reagentes de alumínio incluem, mas não são limitados a alúmen (sulfato de alumínio), aluminato de sódio, aluminato de cálcio, cloreto de alumínio, cloreto de polialumínio, hidróxido de alumínio, acetato de alumínio, nitrato de alumínio e cinzas volantes. Em alguns exemplos, o reagente de alumínio é um sal solúvel em água, como cloreto de alumínio.

[0049] A quantidade de reagente à base de alumínio adicionada à solução aquosa (12) pode variar, por exemplo, dependendo da quantidade de solução aquosa sofrendo tratamento e o tipo de oxoânion presente na solução aquosa. Na prática, uma solução de análise óptica pode exibir uma resposta óptica previsível e repetível (por exemplo, geralmente linear, curvada, exponencial) com concentração aumentada dentro de uma dada faixa de concentrações em um comportamento particular de dosagem de alumínio, mas não previsível fora dessa faixa. Por exemplo, nos casos em que o oxoânion é ou inclui sulfato, a solução de análise óptica pode exibir uma resposta geralmente linear com concentração aumentada dentro de uma dada faixa. Embora a faixa possa variar, por exemplo com base na quantidade de alumínio adicionada à solução aquosa, em alguns exemplos, a faixa é de 100 ppm de oxoânion a 4000 ppm de oxoânion, como de 250 ppm de oxoânion a 3000 ppm de oxoânion ou de 1000 ppm de oxoânion a 2000 ppm de oxoânion.

[0050] Figura 2 é um fluxograma mostrando um exemplo de processo para controlar a adição de alumínio com base nas características da solução aquosa em análise. Como ilustrado neste exemplo, em casos em que a solução aquosa é esperada ter uma concentração de oxoânion dentro de uma faixa provendo uma resposta óptica previsível e repetida (30) (por exemplo, linear, curvada, exponencial), uma quantidade predeterminada de reagente à base de alumínio pode ser adicionada à solução aquosa. A concentração de oxoânion pode ser esperada estar dentro de uma faixa de concentração provendo uma resposta óptica previsível e repetível com base na análise anterior de amostras aquosas a partir da mesma fonte que a solução aquosa atualmente sofrendo análise e a consistência de valores de concentração de oxoânion previamente observados a partir da fonte. Se a solução aquosa for esperada ter uma concentração de oxoânion dentro de uma faixa provendo uma resposta óptica geralmente previsível e repetível (30) (por exemplo, como seria de esperar por um indivíduo controlando a dosagem de reagente de alumínio ou programação de uma máquina para prover tal dosagem), uma quantidade predeterminada (por exemplo, quantidade fixada) de reagente de alumínio pode ser adicionada à solução aquosa (32). Uma solução aquosa pode exibir uma resposta óptica geralmente previsível e repetível de uma determinada característica, como linear, se um gráfico de resposta óptica (por exemplo, em unidades de turbidez, unidades de absorbância, unidades de intensidade de emissão de fluorescência) versus concentração de oxoânion em uma faixa de diferentes concentrações de oxoânion for geralmente linear. A quantidade predeterminada pode ser uma quantidade usada previamente para gerar informação de calibração relacionando respostas ópticas de soluções aquosas tendo concentrações de oxoânion conhecidas com concentrações de oxoânion, quando usando a quantidade predeterminada de reagente de alumínio.

[0051] Por exemplo, se a quantidade predeterminada de reagente de alumínio for 50 ppm de alumínio, as informações de calibração podem relacionar respostas ópticas de soluções aquosas tendo diferentes concentrações de oxoânion conhecidas (por exemplo, na faixa de concentrações de oxoânion de 5 ppm a 5000 ppm) com as concentrações de oxoânion, como medidas após adição de 50 ppm de alumínio a cada uma das soluções aquosas tendo diferentes concentrações de oxoânion conhecidas. Em vários exemplos, a quantidade predeterminada de alumínio pode estar na faixa de 5 ppm alumínio a 500 ppm alumínio, embora possam ser usadas outras quantidades sem sair do escopo da descrição. Como um exemplo (por exemplo, quando a resposta óptica é linear), a concentração de alumínio pode ser determinada dividindo o peso de alumínio adicionado à solução (excluindo o peso de outros átomos de reagente de alumínio) pelo peso total da solução.

[0052] Em casos em que não se tem expectativa com relação à concentração de oxoânion na solução aquosa ou a concentração de oxoânion é esperada estar fora de uma faixa de concentração provendo uma resposta óptica repetível, quantidades progressivamente crescentes de reagente de alumínio podem ser adicionadas à solução aquosa (34) em vez de uma única quantidade predeterminada. Por exemplo, uma porção de reagente à base de alumínio pode ser adicionada à solução aquosa (34) e a resposta óptica da solução a seguir determinada (36). O processo pode ser repetido (38) com porções adicionais de reagente à base de alumínio sendo adicionadas à solução aquosa e respostas ópticas adicionais sendo determinadas até um ponto de inflexão óptico ser observado (por exemplo, mínimo ou máximo). O ponto de inflexão óptica pode ser um mínimo quando a resposta óptica sendo medida é absorbância ou fluorescência e um máximo quando a resposta óptica sendo medida é turbidez.

[0053] Cada porção de reagente à base de alumínio adicionada à solução aquosa (34) pode ter o mesmo tamanho (por exemplo, volume ou peso) à medida que cada outra porção de reagente à base de alumínio é adicionada à solução, ou pelo menos uma porção de reagente à base de alumínio pode ter um tamanho diferente (por exemplo, menor ou maior) do que pelo menos outra porção de reagente à base de alumínio adicionada à solução. Em alguns exemplos, cada porção de reagente à base de alumínio está na faixa de 5 ppm alumínio a 50 ppm alumínio, embora outras quantidades possam ser usadas.

[0054] Na concentração de alumínio correspondendo ao ponto de inflexão óptico ou aproximadamente em torno do mesmo, a concentração do oxoânion pode estar em uma razão molar específica ou faixa de razões molares relativo à concentração de alumínio. Dependendo do tipo de oxoânion presente em solução aquosa, a concentração do oxoânion pode estar na faixa de dez mols de oxoânion por um mol de alumínio a um mol de oxoânion por dez mols de alumínio, quando o reagente de alumínio está no ou próximo do ponto de inflexão da resposta óptica, como de um mol de oxoânion por dois mols de alumínio a um mol de oxoânion por dez mols de alumínio. Por exemplo, no caso do sulfato de oxoânion, a concentração do oxoânion pode estar na faixa de um mol de oxoânion por três mols de alumínio a um mol de oxoânion por seis mols de alumínio, quando o reagente de alumínio está no ou próximo do ponto de inflexão da resposta óptica, como de um mol de oxoânion por 3,2 mols de alumínio a um mol de oxoânion por 5 mols de alumínio, ou aproximadamente um mol de oxoânion por 3,7 mols de alumínio.

[0055] A seguinte tabela apresenta uma listagem de razões molares de oxoânion para alumínio de exemplo para diferentes espécies de oxoânions, como podem estar presentes quando a dose de alumínio corresponde a um ponto de inflexão óptico.

[0056] Com outra referência à Figura 1, a técnica de exemplo também inclui opcionalmente ajustar o pH da amostra de análise óptica (14) antes da análise óptica da amostra (16). O pH pode ser ajustado antes de, de modo simultâneo com, ou após a adição do reagente à base de alumínio à amostra aquosa. Como discutido acima, um reagente à base de alumínio pode ser adicionado à solução aquosa sofrendo análise para formar um particulado ou precipitado alumínio-hidróxido-hidrato, que muda as propriedades ópticas da solução. Formação deste particulado ou precipitado pode ser dependente do pH de tal modo que o particulado ou precipitado não se forme ou não se forme fortemente se o pH for muito elevado ou muito baixo. Assim, em alguns exemplos, o pH da solução aquosa pode ser ajustado em pH para um pH eficaz para formar o particulado ou precipitado de alumínio-hidróxido- hidrato. Por exemplo, o pH pode ser ajustado a um pH abaixo de 8, como abaixo de 7, ou uma faixa de aproximadamente 3 a aproximadamente 6, como aproximadamente 4,5. Dependendo do pH da fonte da solução aquosa, o pH pode ser aumentado por adição de uma base à solução ou reduzido por adição de um ácido à solução para levar o pH a uma faixa desejada. Em um exemplo, o pH é ajustado com um ácido orgânico fraco, como ácido acético.

[0057] A técnica da Figura 1 também inclui, opcionalmente, a adição de um fluoróforo e/ou cromóforo à amostra aquosa sofrendo análise (15). Como com etapa opcional de ajuste de pH, o fluoróforo ou cromóforo pode ser adicionado à amostra aquosa antes de, de modo simultâneo com, ou após a adição do reagente à base de alumínio à amostra aquosa. Adição do fluoróforo ou cromóforo pode intensificar a resposta óptica da solução de análise óptica, ajudando a aumentar a precisão e/ou a faixa de concentrações de oxoânion que podem ser medidas opticamente. A solução de análise óptica (por exemplo, compreendendo uma solução aquosa de oxoânion, um reagente à base de alumínio e/ou agente de ajuste de pH) não pode exibir qualquer fluorescência ou pode exibir apenas uma fluorescência mínima que não corresponde à concentração de oxoânion na solução. O fluoróforo pode interagir com oxoânions e/ou outras espécies na solução de análise óptica para prover uma resposta de emissão de fluorescência, cuja grandeza varia com base na concentração de oxoânion presente na solução de análise óptica. Similarmente, o cromóforo pode interagir com oxoânions e/ou outras espécies na solução de análise óptica para prover uma resposta de absorção, cuja grandeza varia com base na concentração de oxoânion presente na solução de análise óptica.

[0058] Por exemplo, na prática, foi observado, em alguns exemplos, que a intensidade de emissão do fluoróforo diminui com concentração de oxoânion aumentada (em uma concentração de alumínio fixada) até um ponto de inflexão de concentração de oxoânion, após o que a intensidade de emissão do fluoróforo começa a aumentar com concentração de oxoânion de aumento contínuo. Sem pretender ficar limitado qualquer teoria particular, acredita-se que a espécie de fluoróforo e a espécie de oxoânion podem, ambas, competir para reagir com o alumínio presente na solução aquosa. Por exemplo, uma estrutura de tipo íon Keggin de Al pode se formar por adição do alumínio à solução aquosa, criando uma espécie oligomérica que incorpora uma ou mais moléculas de oxoânion e/ou moléculas de fluoróforo, por exemplo, via forças de atração de carga intermolecular, forças de van der Waals). Acredita-se ainda que as moléculas de fluoróforo incorporadas na estrutura de tipo de íon Keggin de Al não exibem uma resposta fluorescente (ou resposta fluorescente diminuída). Assim, a competição relativa entre moléculas de oxoânion e moléculas de fluoróforo para o alumínio presente na solução leva a resposta às emissões de fluorescência do fluoróforo a variar dependendo das concentrações de oxoânion presentes. Em outras palavras, a uma dada dosagem de fluoróforo, a solução de análise óptica pode exibir uma intensidade de emissão de fluorescência de uma determinada grandeza quando os oxoânions estão em uma dada concentração, mas uma grandeza diferente quando os oxoânions estão em uma concentração diferente. Cromóforos podem exibir, como esperado, similar incorporação de estrutura de tipo íon Keggin de Al e um comportamento de resposta óptica.

[0059] Quando usado, pode ser usado qualquer fluoróforo que interage com (por exemplo, liga) alumínio (por exemplo, para formar um precipitado ou particulado de hidrato de hidróxido alumino-fluoróforo) para prover uma resposta de emissão que varia com base na concentração de oxoânion. Como aqui usado, o termo “fluoróforo” refere-se a uma composição de matéria que emite luz fluorescente quando irradiada com luz de um comprimento de onda apropriado e inclui, mas não é limitada a, fluorescente: corantes, pigmentos, polímeros, íons metálicos, e qualquer combinação dos mesmos.

[0060] Em alguns exemplos, o fluoróforo inclui um ou mais grupos pendentes aniônicos (por exemplo, 2, 3, 4 ou mais), que podem ser eficazes para interagir e se ligar com um oligômero alumino-hidróxido-hidrato presente na solução aquosa sofrendo avaliação. Exemplos de grupos pendentes aniônicos que podem ser usados incluem grupos carboxilato, sulfonato, sulfato, álcool e fosfato.

[0061] Em alguns exemplos, o fluoróforo pode incluir (ou ser selecionado da lista consistindo em): ácido 1,3,6,8-pirenotetrassulfônico e sais dos mesmos, ácido 1-pirenossulfônico e sais dos mesmos, ácido 1- pirenocarboxílico e sais dos mesmos, ácido 1-pirenoacético e sais dos mesmos, 1 -metilaminopireno e sais dos mesmos, ácido 8-hidroxi-1,3,6- pirenotrissulfônico e sais dos mesmos, 1-aminopireno e sais dos mesmos, ácido y-oxo-l-pirenobutírico e sais dos mesmos, ácido 1-naftalenossulfônico e sais dos mesmos, ácido 2- naftalenossulfônico e sais dos mesmos, ácido 4- hidroxi-l-naftalenossulfônico e sais dos mesmos, ácido 1,5- naftalenodissulfônico e sais dos mesmos, ácido l-amino-5- naftalenossulfônico e sais dos mesmos, ácido 6,7-dihidroxi-2- naftalenossulfônico e sais dos mesmos, ácido 6-hidroxi-2- naftalenossulfônico e sais dos mesmos, ácido 1-hidroxi-2-naftoico e sais dos mesmos, ácido 2- hidroxi-l-naftoico e sais dos mesmos, ácido 3-hidroxi-2-naftoico e sais dos mesmos, ácido 2,6- naftalenodicarboxílico e sais dos mesmos, ácido 1- naftilacético e sais dos mesmos, ácido 1-naftoxiláctico e sais dos mesmos, ácido 1-naftoxiacético e sais dos mesmos, ácido 2-naftoxiacético e sais dos mesmos, ácido 1-naftalenofosfônico e sais dos mesmos, 1- aminonaftaleno e sais dos mesmos, sal quaternário de N-alil-4-(2-N’,N’- dimetilaminoetoxi)naftalimida sulfato de metila, 4-cloro-2- fenilaiminometilfenol, N,N’-disalicilideno-l,3-diamino-2-hidroxipropano, composto fluorescente SOM, um polímero contendo um composto fluorescente SOM, polímero GQW (vermelho), GQW polímero (púrpura), e qualquer combinação dos mesmos.

[0062] Como usado aqui, o termo “composto fluorescente SOM” significa um composto fluorescente como descrito na patente US 6.358.746 (incorporada aqui por referência) da fórmula:

em que RI e R2 são ou ambos SO3M, ou um dentre RI e R2 é SO3M e o outro é COOM, em que M é selecionado dentre o grupo consistindo em H, Na, K, Rb, Cs, Li ou amónio.

[0063] Como usado aqui, o termo “polímero GQW (vermelho)” significa um polímero de tratamento rotulado, como descrito na patente US 6.645.428 (incorporada aqui por referência) selecionado dentre o grupo consistindo em: GaQjWt (1) em que G é selecionado dentre o grupo consistindo em:

em que R9 é selecionado dentre o grupo consistindo em hidrogênio, alquila, alcóxi, halogênio, ácido sulfônico e seus sais, fosfônico ácido e seus sais, dialquilamino, aliloxi e vinilbenziloxi; RIO e Rll são alquila; R12 é selecionado dentre o grupo consistindo em alila, 2-hidroxi-3- aliloxi-propila, vinilbenzila, 3-metacrilamidopropila, 3-acrilamidopropila, 2- acriloxietila e 2-metacriloxietila; A é selecionado dentre o grupo consistindo em alquila, alcóxialquila, alquilamidoalquila, arila ou não existente; com a condição que quando A é não existente, B é nitrogênio (N) e B é ligado diretamente ao nitrogênio imida; B é enxofre ou nitrogênio com a condição que quando B é enxofre somente um de RIO ou Rl 1 está presente; e X é um contra-íon aniônico; em que Q é selecionado dentre o grupo consistindo em ácido acrílico e sais dos mesmos, ácido metacrílico e sais dos mesmos, ácido maleico e sais dos mesmos, anidrido maleico, acrilamida, ácido crotônico, ácido acrilamidometilpropano sulfônico e sais dos mesmos; em que W é selecionado dentre o grupo consistindo em: ácido acrílico e sais dos mesmos, ácido metacrílico e sais dos mesmos, ácido itacônico e sais dos mesmos, ácido maleico e sais dos mesmos, anidrido maleico, ácido crotônico e sais dos mesmos, acrilamida, metacrilamida, ácido vinil sulfônico, sulfonato de estireno, N-terc-butilacrilamida, N-isopropilacrilamida, butoximetilacrilamida, N,N-dimetilacrilamida, N,N-dietilacrilamida, sais quaternários de acrilato de dimetilaminoetila-cloreto de metila, sais quaternários de acrilato de dimetilaminoetila-cloreto de benzila, sal quaternário de acrilato de dimetilaminoetila-sulfato de metila, sal quaternário de metacrilato de dimetilaminoetila-sulfato de metila, sais quaternários de dimetilaminoetil acrilamida-sulfato de metila, sais quaternários de dimetilaminopropil acrilamida-sulfato de metila, sais quaternários de dimetilaminopropil metacrilamida-sulfato de metila, cloreto de dialildimetil amónio, N-vinil formamida, sais de ácido dimetilamino metacrilato de etila (incluindo, mas não limitados a, ácido sulfurico e sais de ácido clorídrico), sal quaternário de metacrilato de dimetilaminoetila-cloreto de metila, sal quaternário de metacrilato de dimetilaminoetila-cloreto de benzila, cloreto de metacrilamidopropil trimetil amónio, cloreto de acrilamidopropil trimetil amónio, metileno bis acrilamida, trialilamina, sais de ácido de trialilamina, dimetacrilato de etileno glicol, hidroximetilacrilato, hidroxietilacrilato, hidroxipropilacrilato, hidroxipropilmetacrilato, dimetacrilato de dietileno glicol, dimetilacrilato de trietileno glicol, dimetacrilato de polietileno glicol, metacrilato de glicidila, ácido acrilamidometilpropano sulfônico e o sal de sódio do mesmo, álcool vinílico, acetato de vinila, e N-vinilpirrolidona; com a condição que Q e W não podem ser ambos iguais; em que a é de cerca de 0,001 a cerca de 10,0 por cento em mols; em que j é de cerca de 0 a cerca de 99,999 por cento em mols; em que t é de cerca de 0 a cerca de 99,999 por cento em mols; e em que a+j+t=100; GaQvWfSc (2) em que G é como previamente definido; em que Q é como previamente definido; em que W é como previamente definido, com a condição que Q e W não podem ser ambos iguais; em que S é selecionado dentre o grupo consistindo em sulfometilacrilamida e sulfoetilacrilamida; em que a é de cerca de 0,001 a cerca de 10,00 por cento em mols; em que v é de cerca de 0 a cerca de 97,999 por cento em mols; em que f é de cerca de 1 a cerca de 97,999 por cento em mols; em que c é de cerca de 1 a cerca de 40 por cento em mols; e em que a+v+f+c=100.

[0064] Como usado aqui, o termo “polímero GQW (púrpura)” significa um polímero de tratamento rotulado como descrito na patente US 7.601.789 (incorporado aqui por referência) selecionado dentre o grupo consistindo em: GaQjWt (1) em que G é selecionado dentre o grupo consistindo em:

em que R3 é ácido sulfônico e seus sais ou ácido carboxílico e seus sais ou alilóxi ou vinilbenzilóxi; e R4 é ácido sulfônico e seus sais ou ácido carboxílico e seus sais ou alilóxi ou 10 vinilbenzilóxi; com a condição que quando um dentre R3 ou R4 é ácido sulfônico e seus sais ou ácido carboxílico e seus sais, o outro deve ser alilóxi ou vinilbenzilóxi: em que Q é selecionado dentre o grupo consistindo em ácido acrílico e sais dos mesmos, ácido metacrílico e sais dos mesmos, ácido maleico e sais dos mesmos, anidrido maleico, acrilamida, ácido crotônico, ácido acrilamidometilpropano sulfônico e sais dos mesmos; em que W é selecionado dentre o grupo consistindo em: ácido acrílico e sais dos mesmos, ácido metacrílico e sais dos mesmos, ácido itacônico e sais dos mesmos, ácido maleico e sais dos mesmos, anidrido maleico, ácido crotônico e sais dos mesmos, acrilamida, metacrilamida, ácido vinil sulfônico, sulfonato de estireno, N-terc- butilacrilamida, N-isopropilacrilamida, butoximetilacrilamida, N,N- dimetilacrilamida, N,N-dietilacrilamida, sais quaternários de acrilato de dimetilaminoetila-cloreto de metila, sais quaternários de acrilato de dimetilaminoetila-cloreto de benzila, sal quaternário de acrilato de dimetilaminoetila-sulfato de metila, sal quaternário de metacrilato de dimetilaminoetila-sulfato de metila, sais quaternários de dimetilaminoetil acrilamida-sulfato de metila, sais quaternários de dimetilaminopropil acrilamida-sulfato de metila, sais quaternários de dimetilaminopropil metacrilamida-sulfato de metila, cloreto de dialildimetil amónio, N-vinil formamida, sais de ácido dimetilamino metacrilato de etila (incluindo, mas não limitados a, ácido sulfurico e sais de ácido clorídrico), sal quaternário de metacrilato de dimetilaminoetila-cloreto de metila, sal quaternário de metacrilato de dimetilaminoetila-cloreto de benzila, cloreto de metacrilamidopropil trimetil amónio, cloreto de acrilamidopropil trimetil amónio, metileno bis acrilamida, trialilamina, sais de ácido de trialilamina, dimetacrilato de etileno glicol, hidroximetilacrilato, hidroxietilacrilato, hidroxipropilacrilato, hidroxipropilmetacrilato, dimetacrilato de dietileno glicol, dimetilacrilato de trietileno glicol, dimetacrilato de polietileno glicol, metacrilato de glicidila, ácido sulfônico de acrilamidometilpropano e o sal de sódio dos mesmos, álcool vinílico, acetato de vinila, e N-vinilpirrolidona; com a condição que Q e W não podem ser ambos o mesmo; em que a é de cerca de 0,001 a cerca de 10,0 por cento em mols; em que j é de cerca de 0 a cerca de 99,999 por cento em mols; em que t é de cerca de 0 a cerca de 99,999 por cento em mols; e em que a+j+t=100; GaQvWfSc (2) em que G é como previamente definido; em que Q é como previamente definido; em que W é como previamente definido, com a condição que Q e W não podem ser ambos o mesmo; em que S é selecionado dentre o grupo consistindo em sulfometilacrilamida e sulfoetilacrilamida; em que a é de cerca de 0,001 a cerca de 10,00 por cento em mols; em que v é de cerca de 0 a cerca de 97,999 por cento em mols; em que f é de cerca de 1 a cerca de 97,999 por cento em mols; em que c é de cerca de 1 a cerca de 40 por cento em mols; e em que a+v+f+c=100.

[0065] Também, quando se usa um cromóforo, qualquer cromóforo que interaja com (por exemplo, se liga a) alumínio (por exemplo, para formar um precipitado ou particulado de hidrato de hidróxido de alumino-cromóforo) para prover uma resposta de emissão que varia com base na concentração de oxoânion pode ser usado. O termo "cromóforo" refere-se geralmente a uma molécula que absorve determinados comprimentos de onda da luz visível e reflete outros comprimentos de onda da luz visível. Em alguns exemplos, o cromóforo inclui um ou mais grupos pendentes aniônicos (por exemplo, 2, 3, 4 ou mais), que podem ser eficazes para interagir e se ligar com um oligômero de alumino-hidróxido-hidrato presente na solução aquosa sofrendo avaliação. Exemplos de grupos pendentes aniônicos que podem ser usados incluem grupos carboxilato, sulfonato, sulfato, álcool e fosfato.

[0066] Independente do fluoróforo específico (ou cromóforo) ou combinações de fluoróforos (ou cromóforos) usados (se presentes), o fluoróforo (ou cromóforo) pode ser adicionado a um recipiente estático contendo a amostra aquosa ou uma corrente fluente da amostra aquosa. O fluoróforo (ou cromóforo) pode ou não ser misturado (por exemplo, homogeneamente) com a amostra aquosa para distribuir uniformemente o reagente em toda a solução aquosa. A quantidade de fluoróforo (ou cromóforo) adicionada à amostra pode variar, por exemplo, com base na quantidade de amostra sofrendo análise e intensidade de resposta de emissão do fluoróforo (ou propriedades de absorção do cromóforo). Em alguns exemplos, a quantidade de fluoróforo (ou cromóforo) adicionada à amostra é menor do que 1 ppm em volume, como menor do que 100 partes por bilhão (ppb) em volume, ou menor do que 10 ppb por volume.

[0067] A técnica de Figura 1 também inclui a medição da resposta óptica da solução de análise óptica (16) e a determinação da concentração do oxoânion na solução aquosa com base na resposta óptica (18). Para medir a resposta da solução de análise óptica, um ou mais emissores ópticos associados a um sensor óptico podem direcionar luz para a solução de análise óptica e um ou mais detectores ópticos podem estar posicionados para detectar luz a partir da solução de análise óptica. Em exemplos diferentes, a luz detectada a partir da solução pode ser luz transmitida através da solução ou espalhada pelos sólidos presentes na solução (provendo uma resposta óptica de transmitância e/ou absorbância ou resposta óptica colorimétrica em casos em que está presente um cromóforo opticamente absorvente), luz refletida pela solução (provendo uma resposta óptica de turbidez) e/ou luz de fluorescência emanando da solução em resposta à luz emitida (provendo uma resposta óptica de fluorescência). Em qualquer exemplo, a resposta óptica pode variar dependendo da concentração de oxoânion na amostra e, assim, a concentração de oxoânion pode ser determinada com base na resposta óptica.

[0068] Em casos em que um fluoróforo ou cromóforo é adicionado à solução de análise óptica, a solução de análise óptica pode ou não ser filtrada antes da análise óptica da solução de análise óptica. Filtração pode remover particulado da solução de análise óptica que pode interferir opticamente com medições do fluoróforo e/ou cromóforo não ligado ao particulado. Por exemplo, como discutido acima, uma porção do fluoróforo ou cromóforo adicionado à solução de análise óptica pode se tornar incorporada em estruturas de tipo de íon Keggin de Al (por exemplo, por ligação a estruturas) formadas por adição de alumínio à amostra aquosa sob avaliação. A quantidade de fluoróforo ou cromóforo incorporada nas estruturas pode variar dependendo da concentração de oxoânion na solução aquosa, deixando fluoróforos ou cromóforos livres na solução e fluoróforos ou cromóforos ligados. Filtração de partículas contendo fluoróforo ou cromóforo ligado pode permitir medição dos fluoróforos ou cromóforos livres permanecendo na solução enquanto minimizando ou eliminando interferência de particulado ou precipitação na solução.

[0069] Quando realizada, a solução de análise óptica pode ser passada através de qualquer filtro de tamanho apropriado antes de ser opticamente analisada. Em alguns exemplos, a solução de análise óptica é passada através de um filtro com um tamanho de poro (por exemplo, tamanho médio de poro, tamanho máximo de poro) menor do que 10 microns, como menor do que 5 microns, menor do que 1 micron, menor do que 0,5 microns, ou menor do que 0,25 microns. Em casos em que quantidades progressivamente aumentadas de reagente à base de alumínio são adicionadas à solução de análise óptica, a solução de análise óptica pode ser filtrada após cada porção de reagente de alumínio ser adicionada e antes da solução ser opticamente analisada.

[0070] Em alguns exemplos, a solução de análise óptica é opticamente analisada por um sensor óptico que dirige luz em um ou mais comprimentos de onda na solução de análise óptica e, a seguir, detecta a luz emanando da solução. Por exemplo, o sensor óptico pode direcionar luz para uma corrente ou vaso da solução de análise óptica e detectar a quantidade de luz passando através da solução ou espalhada por sólidos presentes na solução e gerar a partir da mesma uma resposta óptica de transmitância e/ou absorbância. Como outro exemplo, o sensor óptico pode direcionar luz para uma corrente ou recipiente da solução de análise óptica e detectar a luz espalhada do fluido (por exemplo, por particulado ou precipitado contido ou em suspensão no fluido), gerando, a partir do mesmo, uma resposta óptica de turbidez. A luz detectada a partir da solução de análise óptica quando medindo absorção e/ou turbidez pode ou não estar na mesma frequência como a luz emitida no fluido para gerar a resposta óptica. Por exemplo, um emissor óptico pode emitir luz na faixa de frequências de aproximadamente 220 nanômetros (nm) a aproximadamente 600 nm e um detector óptico pode detectar luz em uma faixa de frequência de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 650 nm.

[0071] Quando é usado um fluoróforo, o sensor óptico dirige luz no fluido de análise óptica e, em resposta a receber a energia óptica, moléculas fluorescentes no fluido podem excitar, levando as moléculas a produzir emissões fluorescentes. As emissões fluorescentes, que podem ou não estar em uma frequência diferente da energia emitida por um emissor óptico, podem ser geradas à medida que os elétrons excitados nas moléculas fluorescentes mudam estados de energia. A energia emitida pelas moléculas fluorescentes pode ser detectada pelo detector óptico. Por exemplo, um emissor óptico pode emitir luz na faixa de frequência de aproximadamente 220 nm a aproximadamente 600 nm e, dependendo da composição do fluido, causar emissões fluorescentes na faixa de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 650 nm.

[0072] Quando é usado um cromóforo, o sensor óptico pode direcionar luz para o fluido de análise óptica no(s) comprimento(s) de onda característico(s) do cromóforo. O sensor óptico pode detectar a quantidade de luz passando através da solução no(s) comprimento(s) de onda característico(s) e gerar, a partir do mesmo, uma resposta óptica colorimétrica, por exemplo, medindo absorbância pelo cromóforo no(s) comprimento(s) de onda característico(s). A grandeza da absorbância pode variar dependendo da quantidade de cromóforo em solução que, por sua vez, pode variar com base na quantidade de cromóforo incorporado na estrutura do tipo de íon Keggin de Al.

[0073] A concentração do oxoânion na solução aquosa pode ser determinada de acordo com a técnica da Figura 1 com base na resposta óptica da solução de análise óptica (18). Os dados de resposta óptica podem estar correlacionados com informação de conversão de concentração de oxoânion armazenada na memória (por exemplo, memória de computador) para converter os dados de resposta óptica em valores de concentração de oxoânion. Por exemplo, quando uma quantidade predeterminada (por exemplo, fixada) de reagente à base de alumínio é adicionada à solução aquosa contendo oxoânion, a concentração de oxoânion desconhecida na solução pode ser determinada com referência à informação de calibração armazenada na memória.

[0074] A informação de calibração pode relatar respostas ópticas de soluções aquosas múltiplas (por exemplo, 2, 3, 4, 5 ou mais) tendo concentrações conhecidas das mesmas ou oxoânions iguais aos oxoânions que se espera estejam presentes na solução aquosa sob avaliação tendo uma concentração desconhecida de oxoânion. Cada uma das diferentes soluções aquosas de calibração tendo concentrações de oxoânions conhecidas pode ser preparada seguindo o mesmo ou processo similar ao processo seguido para preparar a solução aquosa sob avaliação. Por exemplo, a mesma quantidade predeterminada de reagente à base de alumínio (por exemplo, provendo a mesma concentração de alumínio) pode ser adicionada a cada uma das diferentes soluções aquosas de calibração e as soluções de calibração podem ser opcionalmente ajustadas em pH para o mesmo ou aproximadamente o mesmo pH que a solução sofrendo análise. Além disso, cada uma das diferentes soluções aquosas de calibração pode ter uma concentração conhecida de oxoânion diferente, provendo respostas ópticas diferentes ao longo de uma faixa de diferentes concentrações de oxoânion (por exemplo, uma faixa se estendendo em uma diferença de concentração de oxoânion de pelo menos 1000 ppm, pelo menos 2000 ppm, pelo menos 5000 ppm ou pelo menos 10.000 ppm).

[0075] A informação de calibração pode ser armazenada, por exemplo, em uma tabela de consulta armazenada na memória que associa resposta óptica diferente com diferentes valores de concentração de oxoânion. Em outro exemplo, os dados podem ser armazenados na forma de uma equação que associa diferentes valores de resposta óptica com diferentes valores de concentração de oxoânion. Usando o(s) valor(es) de resposta óptica gerado(s) a partir de uma solução aquosa tendo uma concentração desconhecida de oxoânion, um processador de computador pode determinar a concentração de oxoânion previamente desconhecida fazendo referência à tabela de consulta, equação ou similar armazenados e determinando (por exemplo, calculando, fazendo referência) a concentração de oxoânion correspondendo à resposta óptica.

[0076] Como outro exemplo, os dados de resposta óptica podem ser correlacionados com informação de conversão de concentração de oxoânion armazenada na memória usando uma razão molar relacionando a concentração de alumínio em um ponto de inflexão óptico com uma concentração de oxoânion conhecida nesse ponto. Por exemplo, quando uma quantidade progressivamente crescente de reagente à base de alumínio é adicionada à solução aquosa contendo oxoânion, a concentração desconhecida de oxoânion na solução pode ser determinada com referência à informação de calibração armazenada na memória relacionando a concentração de alumínio em um ponto de inflexão óptico com o oxoânion.

[0077] A informação de calibração pode ser uma razão molar determinada por geração de respostas ópticas de uma solução aquosa tendo concentrações conhecidas do mesmo ou de oxoânions similares como os oxoânions que se espera estejam presentes na solução aquosa sob avaliação tendo uma concentração desconhecida de oxoânion. A solução aquosa de calibração com as concentrações conhecidas de oxoânion pode ser preparada seguindo o mesmo processo ou similar ao processo seguido para preparar a solução aquosa sob avaliação. Por exemplo, as mesmas ou similares quantidades progressivamente crescentes de reagentes à base de alumínio (por exemplo, provendo a mesma concentração de alumínio) podem ser adicionadas à solução de calibração aquosa e a solução de calibração pode ser opcionalmente ajustada em pH para o mesmo ou aproximadamente o mesmo pH que a solução sofrendo análise. A solução de calibração pode, então, ser analisada opticamente após cada uma da pluralidade de diferentes porções de reagente à base de alumínio ser adicionada à solução. A quantidade de alumínio adicionada à solução, quando se observa um ponto de inflexão óptico, pode ser, então, correlacionada com a concentração conhecida de oxoânion na solução de calibração.

[0078] Como um exemplo não limitativo, quantidades progressivamente crescentes de reagente à base de alumínio podem ser adicionadas à solução aquosa em incrementos de 10 ppm (com base no peso do alumínio dividido pelo peso total da solução). Se a solução de análise óptica exibir um ponto de inflexão óptico quando um total de 120 ppm de alumínio tiver sido adicionado à solução, a concentração de oxoânion molar conhecida na solução de calibração pode ser dividida pela concentração molar de alumínio correspondendo a 120 ppm de alumínio para prover uma razão molar de mols de oxoânion/mols de alumínio, no ponto de inflexão óptica. Esta informação de calibração pode ser armazenada na memória (por exemplo, memória de computador). Diferentes razões molares podem ser geradas e armazenadas para cada uma dentre uma pluralidade de condições de operação diferentes (por exemplo, pHs diferentes, oxoânions diferentes).

[0079] Em operação subsequente, um processador de computador pode identificar o ponto de inflexão óptico em um conjunto de valores de resposta óptica gerado a partir de uma solução aquosa tendo uma concentração desconhecida de oxoânion. O ponto de inflexão óptico pode ser uma resposta óptica mínima ou uma resposta óptica máxima (por exemplo, como medida em unidades de absorbância, unidades de turbidez, intensidade de emissão de fluorescência) quando traçado em gráfico versus concentração de alumínio crescente. O processador de computador pode determinar a quantidade de alumínio adicionado à solução aquosa que produziu a resposta óptica provendo o ponto de inflexão óptico. O processador de computador pode, então, determinar a concentração de oxoânion previamente desconhecida por referência a uma taxa de conversão molar (por exemplo, armazenada em uma tabela de consulta, equação ou similar) e determinando (por exemplo, calculando, fazendo referência) a concentração de oxoânion correspondendo à concentração de alumínio no local de inflexão óptica.

[0080] Figura 3 é um diagrama conceptual ilustrando um sistema de fluido 100 de exemplo, que pode ser usado para análise no local de uma solução aquosa para determinar a concentração de oxoânion de acordo com as técnicas de exemplo das Figuras 1 e 2 discutidas acima. Neste exemplo, o sistema 100 inclui um sensor óptico 102, uma fonte de solução aquosa 104 para fornecer uma solução aquosa compreendendo uma concentração desconhecida de pelo menos um oxoânion e uma fonte de reagente de alumínio 106. Em geral, a fonte de solução aquosa 104 pode ser qualquer fonte capaz de prover uma solução aquosa compreendendo pelo menos um oxoânion. Em alguns casos, a fonte de solução aquosa 104 inclui um tanque de solução, infiltração de solução, uma corrente de resíduos de processo ou outra fonte de solução. Em alguns exemplos, a solução aquosa contendo oxoânion é obtida através de uma corrente deslizante a partir de uma porção de um volume maior de fluido. O sistema 100 pode ser configurado de tal modo que a fonte de solução aquosa 104 e a fonte de reagente de alumínio 106 estejam em comunicação fluida com o sensor óptico.

[0081] Sistema 100 na Figura 3 também inclui um controlador 108 configurado para medir e/ou controlar parâmetros e operação do sistema. Controlador 108 inclui uma memória 110 para armazenar dados, incluindo informação de calibragem ou outros dados usados ou adquiridos pelo sistema 100. Controlador 108 também inclui um processador 112 para controlar aspectos do sistema 100. Por exemplo, o processador 112 pode estar em comunicação com memória 110, ou outros componentes controláveis do sistema. Por exemplo, o sistema 100 pode incluir um ou mais dispositivos de controle de fluido para controlar o fluxo de um ou mais fluidos no sistema 100, como uma ou mais bombas, válvulas ou outros dispositivos de controle de fluxo de fluido. O controlador 108 pode, assim, dirigir o fluxo de uma solução aquosa contendo oxoânion a partir da fonte de solução aquosa 104 e um reagente de alumínio a partir da fonte de reagente de alumínio 106 para o sensor óptico 102. Em alguns exemplos, a solução aquosa e o reagente de alumínio podem combinar para formar uma solução de análise óptica no sensor óptico 102. O sistema 100 pode incluir um misturador 116 ou outro dispositivo similar para receber e efetivamente combinar os fluidos para criar a solução de análise óptica antes de entrar no sensor óptico 102. O sistema 100 também pode incluir um dispositivo de filtração (não ilustrado na Figura 3) para filtrar uma solução de análise óptica antes da análise óptica.

[0082] Após deixar o sensor óptico, a solução pode ser dirigida para um dreno 118 ou, em alguns sistemas, de volta para a fonte de solução aquosa a jusante da entrada no sistema 100. Por exemplo, uma corrente deslizante de solução aquosa a partir de uma corrente maior de resíduos de processo pode ser analisada pelo sistema 100 para determinar a concentração de oxoânion. Após ser analisada no sensor óptico 102, a solução analisada pode ser dirigida de volta para a corrente de resíduos de processo a montante da fonte de solução aquosa 104 a partir da qual a solução entra no sistema para análise.

[0083] O sensor óptico 102 pode incluir um ou mais emissores ópticos configurados para direcionar luz para a solução de análise óptica. Um ou mais emissores ópticos podem incluir qualquer emissor apropriado, como lasers, diodos emissores de luz, e similares. Em alguns exemplos, o um ou mais emissores ópticos são configurados para emitir luz em um ou mais comprimentos de onda predeterminados. Em outros exemplos, o controlador pode controlar o(s) comprimento(s) de onda de luz emitida a partir de um ou mais emissores ópticos na solução de análise óptica. O sensor óptico 102 também pode incluir um ou mais detectores ópticos configurados para detectar luz a partir da solução de análise óptica. A saída do um ou mais detectores ópticos pode formar uma resposta óptica que pode ser provida ao controlador 108 para armazenamento e/ou análise.

[0084] Em alguns exemplos, sistema 100 ainda inclui uma fonte opcional de fluoróforo ou cromóforo 114. A fonte de fluoróforo ou cromóforo 114 pode ter associada com a mesma uma ou mais bombas ou válvulas controladas pelo controlador 108 para dosar seletivamente o fluoróforo ou cromóforo ao misturador 116 e/ou ao sensor óptico 102. O fluoróforo pode ser tal para provocar fluorescência da solução de análise óptica com base em concentrações de vários constituintes e luz incidente. O cromóforo pode ser tal para absorver luz em um comprimento de onda característico, cuja grandeza varia com base em concentrações de vários constituintes.

[0085] Em vários exemplos, o sensor óptico 102 pode ser configurado para detectar um ou mais parâmetros ópticos da solução de análise óptica. Por exemplo, o sensor óptico 102, em combinação com o controlador 108, pode ser configurado para determinar a turbidez ou a absorbância da solução de análise óptica. Em algumas modalidades, o sensor óptico 102 pode emitir luz em direção à solução de análise óptica e detectar luz que ou se espalhada ou transmite através da solução a fim de determinar a turbidez ou absorbância da solução. O controlador 108 pode se comunicar com o sensor óptico 102 para determinar a turbidez ou absorvência da solução de análise óptica.

[0086] Em aplicações utilizando uma fonte de fluoróforo 114, o sensor óptico 102 pode direcionar luz para a solução de análise óptica para excitar fluorescência da solução de análise óptica e detectar a fluorescência emitida a partir da solução de análise óptica. Assim, em tais aplicações, o sensor óptico 102 pode incluir um ou mais emissores ópticos configurados para emitir luz de variados comprimentos de onda. Por exemplo, um sensor óptico 102 pode incluir um emissor óptico configurado para emitir luz em um primeiro comprimento de onda propenso ao espalhamento de particulados em suspensão na solução de análise óptica e pode ser usado para medir a turbidez da solução de análise óptica. O sensor óptico 102 pode, de modo adicional ou alternativo, incluir um emissor óptico configurado para emitir luz em um segundo comprimento de onda que excita fluorescência na solução de análise óptica e pode ser usado para medir a fluorescência do mesmo.

[0087] Em algumas modalidades, o controlador 108 é configurado para controlar adição do reagente de alumínio (e/ou fluoróforo ou cromóforo) no sensor óptico 102 a uma taxa controlada. Por exemplo, o controlador 108 pode aumentar progressivamente a quantidade de reagente de alumínio adicionado ao sistema enquanto observando a resposta óptica via o sensor óptico 102. Em alguns exemplos, o controlador 108 irá progressivamente aumentar a quantidade de reagente de alumínio na solução aquosa até a resposta óptica observada atingir um ponto de inflexão (por exemplo, mínimos ou máximos locais). Por exemplo, em alguns casos, a resposta óptica aumentará à medida que o reagente de alumínio é adicionado até um ponto de inflexão (por exemplo, os máximos locais), após o que a resposta óptica diminuirá com adição continuada do reagente de alumínio. Inversamente, em alguns casos, a resposta óptica diminuirá à medida que o reagente de alumínio é adicionado até o ponto de inflexão ser alcançado (por exemplo, os mínimos locais), após o que a resposta óptica irá aumentar com a adição continuada do reagente de alumínio. Em algumas modalidades, o controlador pode determinar a concentração de oxoânion da solução de análise óptica com base na quantidade de reagente de alumínio que corresponde ao ponto de inflexão. Deve ser notado que tais ocorrências não são mutuamente exclusivas. Por exemplo, em alguns casos, a absorbância da solução de análise óptica alcança um mínimo local com a adição do reagente de alumínio, enquanto a turbidez da solução de análise óptica atinge um máximo local com a adição do reagente de alumínio. Também deve ser notado que, embora os termos mínimos locais e máximos locais sejam usados em partes da descrição, em alguns exemplos esses termos podem corresponder a mínimos absolutos e máximos absolutos, respectivamente.

[0088] Em algumas modalidades, o controlador 108 é configurado para dosar uma quantidade predeterminada de reagente de alumínio a partir da fonte de reagente de alumínio para o sensor óptico 102. Em alguns desses exemplos, a memória 110 pode incluir informação de calibração correspondendo a uma relação calibrada entre uma adição predeterminada de reagente de alumínio, uma resposta óptica e a concentração de oxoânion de uma solução de análise óptica. Assim, a informação de calibração pode ser usada junto com uma resposta óptica medida e determinar a concentração de pelo menos um oxoânion na solução de análise óptica na quantidade predeterminada de reagente de alumínio adicionado.

[0089] As técnicas descritas nesta descrição podem ser implementadas, pelo menos em parte, em hardware, software, firmware ou qualquer combinação dos mesmos. Por exemplo, vários aspectos das técnicas descritas podem ser implementados dentro de um ou mais processadores, incluindo um ou mais microprocessadores, processadores de sinal digital (DSPs), circuitos integrados específicos de aplicação (ASICs), arranjos de portas programáveis em campo (FPGAs) ou qualquer outro circuito lógico integrado ou discreto equivalente, bem como qualquer combinação de tais componentes. O termo "processador" pode geralmente fazer referência a qualquer um dos circuitos lógicos acima, sozinho ou em combinação com outros circuitos lógicos, ou qualquer outro circuito equivalente. Uma unidade de controle compreendendo hardware pode também executar uma ou mais das técnicas desta descrição.

[0090] Tais hardware, software e firmware podem ser implementados dentro do mesmo dispositivo ou em dispositivos separados para suportar as várias operações e funções descritas aqui. Além disso, um qualquer dentre unidades, módulos ou componentes descritos pode ser implementado junto ou separado como dispositivos lógicos discretos, mas interoperáveis. Representação de diferentes aspectos, como módulos ou unidades, destina-se a realçar diferentes aspectos funcionais e não implica necessariamente que tais módulos ou unidades devam ser obtidos por componentes de hardware ou software separados. Ao contrário, funcionalidade associada a um ou mais módulos ou unidades pode ser obtida por componentes de hardware ou software separados ou integrados em componentes de hardware ou software comuns ou separados.

[0091] As técnicas descritas nesta descrição podem também ser corporificadas ou codificadas em um meio não transitório, legível por computador, como um meio de armazenamento legível por computador, contendo instruções. Instruções incorporadas ou codificadas em um meio de armazenamento legível por computador podem levar um processador programável, ou outro processador, a realizar o método, por exemplo, quando as instruções são executadas. Meios de armazenamento não transitórios legíveis por computador podem incluir formas de memória volátil e/ou não volátil incluindo, por exemplo, memória de acesso aleatório (RAM), memória apenas leitura (ROM), memória apenas leitura programável (PROM), memória apenas leitura programável apagável (EPROM), memória apenas leitura programável eletronicamente apagável (EEPROM), memória flash, um disco rígido, um CD-ROM, um disquete, um cassete, meios magnéticos, meios ópticos ou outros meios legíveis por computador.

[0092] Os seguintes exemplos podem prover detalhes adicionais sobre as técnicas de determinação de concentração de oxoânion de acordo com esta descrição.

EXEMPLOS Método Geral

[0093] Uma série de soluções foi preparada com concentrações conhecidas de vários oxoânions individuais: sulfato, molibdato, borato, cromato e selenato. As soluções foram, cada, dosadas com 50 ppb de PTSA (sal tetrassódico de ácido 1,3,6,8-pirenotetrassulfônico) e, então, dosadas com pequenas alíquotas de cloreto de polialumínio (Nalco Ultrion 8187). O pH da solução foi mantido a cerca de 4,5 por adição de ácido acético glacial como necessário. Após 5-10 minutos de mistura, 3 ml de cada solução foram removidos, filtrados usando um filtro de 0,45 microns e opticamente analisados medindo a emissão de fluorescência e/ou a turbidez. Cada amostra filtrada foi então devolvida à solução original antes da próxima dosagem de Al. O Al foi geralmente dosado em incrementos até a concentração de oxoânion maior fornecida em uma base de 1:1 ppm.

Exemplo 1: Resposta de sulfato a baixas concentrações

[0094] Neste caso, sete soluções de sulfato 200 ml foram preparadas a partir de uma solução de sulfato de sódio. As concentrações testadas foram 1, 5, 10, 20, 50, 100, 150 e 200 ppm. Como mencionado acima, o Al foi aumentado em incrementos em cada solução e emissão e turbidez resultantes de PTSA foram medidas. Figura 4 demonstra a resposta de emissão de PTSA como uma função da razão AFSCU. A medida que a concentração de Al aumentou, a emissão do fluoróforo diminuiu para próximo de zero em uma razão AkSCU na faixa de aproximadamente 2 a aproximadamente 5, então aumentou acima dessa razão. A dificuldade em alimentar doses muito baixas do reagente de Al e a pequena quantidade de complexo de alumínio formado em soluções de baixo teor de sulfato provavelmente impediram a observação de uma resposta. Ajustando a concentração de PTSA e usando um sistema de dosagem de reagente de alumínio mais preciso provavelmente iriam permitir a observação de uma resposta de sulfato menor.

[0095] Uma tendência consistente também foi observada na turbidez (Figura 5). Nenhuma mudança foi detectada na turbidez com baixas concentrações de sulfato (por exemplo, 1, 5 e 10 ppm sulfato) nas condições testadas. No entanto, uma vez que a concentração de sulfato foi de pelo menos 50 ppm, a turbidez começou a aumentar com concentração crescente de Al. A turbidez estabilizou em um patamar ou diminuiu uma vez que uma razão molar na faixa de aproximadamente 3 a aproximadamente 4 foi alcançada.

Exemplo 2: Resposta de sulfato a altas concentrações

[0096] Uma série de soluções de 100 ml foi preparada com diferentes concentrações de sulfato usando uma solução de sulfato de carga de 10.000 ppm. As soluções foram dosadas com o reagente de alumínio com a dosagem de Al aumentada em incrementos em cada solução. A emissão e a turbidez resultantes após cada incremento de dose de alumínio foram medidas como descrito acima. À medida que a concentração de sulfato aumentou, mais Al foi necessário para minimizar a fluorescência e maximizar a turbidez antes da inflexão. A tendência geral foi similar ao sulfato em baixas concentrações. A concentração de Al usada para produzir os mínimos de emissão de fluorescência para cada concentração de sulfato é mostrada na Figura 6. A relação entre as concentrações de Al e de sulfato foi linear na faixa de 10 ppm de sulfato até 1500 ppm de sulfato.

[0097] Figura 7 mostra a concentração de alumínio nos mínimos de emissão para cada solução de sulfato testada. Além disso, similar ao Exemplo 1, a turbidez para cada solução de sulfato exibiu um máximo a uma razão molar AFSCU particular (aproximadamente 3,5). Isso é mostrado na Figura 8.

Exemplo 3: Resposta de molibdato

[0098] Comportamento similar ao exibido quando testando sulfato foi observado em uma série de soluções de molibdato com concentrações variáveis: 10, 20, 50, 75, 100, 150, 200, 300 e 500 ppm de molibdato. A dosagem de Al foi adicionada em incrementos de modo a corresponder aos valores de ppm do molibdato em uma razão de 1:1. Acima do nível de 20 ppm, todos os mínimos de emissão ocorreram com uma razão Al:Moθ4 de aproximadamente 6 (Figura 9). O efeito da dosagem de Al sobre a resposta à turbidez foi similar (Figura 10). Com uma razão molar AFMoCU de aproximadamente 6, a turbidez começou a aumentar com concentrações de molibdato de aproximadamente 50 ppm ou mais.

Exemplo 4: Resposta de cromato

[0099] Experiências similares às realizadas com sulfato foram conduzidas com uma série de soluções de cromato em diferentes concentrações. Devido ao perfil de emissividade do cromato em resposta à excitação UV na faixa do fluoróforo, a resposta de fluorescência não foi testada. No entanto, a turbidez das soluções demonstrou uma resposta em função de dosagem de Al. A turbidez começou a aumentar até atingir uma razão molar Al/cromato de aproximadamente 8,6, em cujo ponto a turbidez começou a diminuir (Figura 11).

Exemplo 5: Resposta de selenato

[00100] Em contraste com as soluções de cromato, as soluções de selenato não apresentaram qualquer resposta de turbidez em função da dosagem de Al. No entanto, uma resposta de fluorescência foi observada onde a intensidade de emissão começou a zero (para a maioria das concentrações de SeCh) e, então, aumentou com concentrações crescentes de Al (Figura 12).

Exemplo 6: Resposta de borato

[00101] Uma resposta similar ao selenato foi observada quando usando borato como o oxoânion. As soluções de borato não exibiram qualquer turbidez, limitando a resposta à queda em intensidade de emissão de fluorescência em uma razão molar na faixa entre aproximadamente 1 a aproximadamente 2 (Figura 13). Similar ao selenato, ambas as respostas de emissão de solução de borato de 1 e 2 ppm foram mais amplas do que em concentrações maiores.

Exemplo 7: Resposta de arsenato

[00102] Soluções de arsenato em concentrações idênticas foram também avaliadas para uma resposta de fluorescência, uma vez que as soluções não exibiram qualquer turbidez quando dosadas com Al. A intensidade de emissão demonstrou um mínimo em uma razão molar na faixa de aproximadamente 2 a aproximadamente 5 (Figura 14). Ambas as soluções de arsenato de 1 e 2 ppm exibiram respostas de dose de Al similares nas mesmas concentrações que as soluções de seleno e borato.

Exemplo 8: Comparação de respostas de oxoânions

[00103] Como descrito nos exemplos anteriores, experimentos similares a sulfato foram conduzidos com outros oxoânions como molibdato, cromato, selenato e borato. Para esses exemplos descritos acima, apenas sulfato e molibdato puderam ser medidos via tanto fluorescência como turbidez com o aparelho experimental usado e sob condições experimentais testadas. Apenas a turbidez das soluções de cromato em resposta à dosagem de Al foi medida devido a interferências espectroscópicas. Nem o selenato nem o borato exibiram qualquer turbidez detectável durante a experiência sob condições testadas. Cada um dos oxoânions demonstrou comportamento similar aos dados de sulfato mostrados acima. A relação linear entre a concentração de oxoânion (sulfato do Exemplo 1, molibdato do Exemplo 3, selenato do Exemplo 5, borato do Exemplo 6 e arsenato do Exemplo 7) e a concentração de Al nos mínimos de emissão de fluorescência é mostrada na Figura 15. Uma relação linear similar entre a concentração de oxoânion (sulfato do Exemplo 1, molibdato do Exemplo 3 e cromato do Exemplo 4) e a concentração de Al nos máximos de turbidez é mostrada na Figura 16.

Exemplo 9: Resposta de PTSA

[00104] Uma experiência de controle foi realizada testando a resposta óptica do fluoróforo PTSA quando dosado com Al na ausência de oxoânions. No experimento, 2 L de 50 ppb de solução de PTSA foram tratados em incrementos com Al de 0,25 ppm até 20 ppm. Como mostrado na Figura 14, a intensidade permaneceu a 0 até a concentração de Al ser maior do que 1 ppm. A uma concentração de Al de aproximadamente 10 ppm, a intensidade de emissão pareceu estabilizar em patamar. A solução não apresentou qualquer mudança na turbidez. A Figura 17 ilustra a resposta de emissão de fluorescência de 50 ppb de PTSA como uma função da concentração de Al.

Claims (20)

1. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: adicionar um reagente de alumínio a uma solução aquosa tendo uma concentração desconhecida de um oxoânion e, assim, formar uma solução de análise óptica; direcionar luz para a solução de análise óptica e determinar a partir daí uma resposta óptica da solução de análise óptica; determinar uma concentração do oxoânion na solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion com base na resposta óptica da solução de análise óptica, adicionar o reagente de alumínio à solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion compreende adicionar uma quantidade progressivamente crescente do reagente de alumínio à solução aquosa até a resposta óptica da solução de análise óptica exibir um ponto de inflexão e determinar a concentração do oxoânion na solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion compreende determinar a concentração do oxoânion com base na quantidade de reagente de alumínio correspondendo ao ponto de inflexão da resposta óptica da solução de análise óptica.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ponto de inflexão é um dentre um mínimo e um máximo, e em que, quando o ponto de inflexão é um mínimo, a resposta óptica é absorbância ou fluorescência e, quando o ponto de inflexão é um máximo, a resposta óptica é espalhamento ou transmitância de luz.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar a concentração do oxoânion com base na quantidade de reagente de alumínio correspondendo ao ponto de inflexão da resposta óptica compreende calcular a concentração do oxoânion usando uma razão molar na faixa de um mol de oxoânion por três mols de alumínio para um mol de oxoânion por seis mols de alumínio.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a razão molar está na faixa de aproximadamente 3,7 a aproximadamente 4,9.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionar o reagente de alumínio à solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion compreende adicionar uma quantidade predeterminada do reagente de alumínio à solução aquosa e determinar a concentração do oxoânion na solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion compreende determinar a concentração do oxoânion com base na informação de calibração relacionando respostas ópticas com concentrações de oxoânion na quantidade predeterminada de reagente de alumínio.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente ajustar um pH da solução aquosa a um pH abaixo de 8.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que ajustar o pH da solução aquosa compreende adicionar um ácido para ajustar o pH a uma faixa de aproximadamente 3 a aproximadamente 6.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o oxoânion tem a fórmula AxOyz, em que A é um elemento químico selecionado do grupo consistindo em Se, P, As, Cr, B, Mo, V e S; X é um número inteiro tendo um valor de 1 ou 2; O é oxigênio; Y é um número inteiro tendo um valor de pelo menos 1; e Z é um número inteiro tendo um valor de pelo menos 2.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o oxoânion é sulfato.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de alumínio compreende pelo menos um de aluminato de sódio, aluminato de cálcio, cloreto de alumínio, cloreto de polialumínio, hidróxido de alumínio, acetato de alumínio e nitrato de alumínio.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que compreende adicionalmente adicionar um fluoróforo à solução aquosa, e em que a resposta óptica compreende fluorescência.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato que compreende adicionalmente filtrar a solução de análise óptica antes de direcionar luz para a solução de análise óptica e determinar a partir da mesma a resposta óptica da solução de análise óptica.

13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que compreende adicionalmente adicionar um cromóforo à solução aquosa, e em que a resposta óptica compreende absorbância em um comprimento de onda característico do cromóforo.

14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que compreende adicionalmente desenhar uma corrente deslizante da solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion, ajustar um pH da corrente deslizante, adicionar um fluoróforo e determinar a concentração do oxoânion com base na resposta óptica fluorométrica da solução de análise óptica.

15. Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende: uma fonte de uma solução aquosa tendo uma concentração desconhecida de um oxoânion; uma fonte de reagente de alumínio configurada para fornecer reagente de alumínio à solução aquosa e, assim, formar uma solução de análise óptica; um sensor óptico que compreende um emissor configurado para direcionar luz para a solução de análise óptica; e um detector configurado para detectar luz a partir da solução de análise óptica e prover a partir do mesmo uma resposta óptica; e um controlador configurado para determinar uma concentração do oxoânion na solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion com base na resposta óptica da solução de análise óptica, em que o controlador é configurado adicionalmente para controlar adição do reagente de alumínio à solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion compreendendo adicionar uma quantidade progressivamente crescente do reagente de alumínio à solução aquosa até a resposta óptica da solução de análise óptica exibir um ponto de inflexão e o controlador é configurado para determinar a concentração do oxoânion na solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion determinando pelo menos a concentração do oxoânion com base na quantidade de reagente de alumínio correspondendo ao ponto de inflexão da resposta óptica da solução de análise óptica.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para determinar a concentração do oxoânion com base na quantidade de reagente de alumínio correspondendo ao ponto de inflexão da resposta óptica calculando pelo menos a concentração do oxoânion usando uma razão molar na faixa de um mol de oxoânion por três mols de alumínio para um mol de oxoânion por seis mols de alumínio.

17. Sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a razão molar está na faixa de aproximadamente 3,7 a aproximadamente 4,9.

18. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o controlador é ainda configurado para controlar adição do reagente de alumínio à solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion compreendendo adicionar uma quantidade predeterminada do reagente de alumínio à solução aquosa e o controlador é configurado para determinar a concentração do oxoânion na solução aquosa tendo a concentração desconhecida do oxoânion determinando pelo menos a concentração do oxoânion com base na informação de calibração relacionando respostas ópticas com concentrações de oxoânion na quantidade predeterminada de reagente de alumínio.

19. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato que compreende adicionalmente uma fonte de um ácido, em que o controlador é configurado para ajustar o pH da solução aquosa a uma faixa de aproximadamente 3 a aproximadamente 6 por pelo menos controle da adição do ácido à solução aquosa.

20. Sistema de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato que compreende adicionalmente uma fonte de pelo menos um dentre um fluoróforo e um cromóforo, em que o controlador é configurado para controlar a adição do fluoróforo ou cromóforo à solução aquosa e em que a resposta óptica compreende uma dentre fluorescência e absorbância em um comprimento de onda característico do cromóforo.

Images