DE102017105266A1 - Method for the determination of oxidizable substances - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Feststoffgemisches umfassend die Schritte
- Herstellen einer Lösung enthaltend
- Oxalsäure oder Oxalsäuresalze
- ein oder mehrere anorganische Salze
- Lyophilisieren der Lösung
A process for preparing a solid mixture comprising the steps
- Producing a solution containing
- oxalic acid or oxalic acid salts
- one or more inorganic salts
- lyophilization of the solution
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Feststoffgemisch und ein Verfahren zur Bestimmung oxidierbarer Stoffe in einer Probe.The present invention is a solid mixture and a method for determining oxidizable substances in a sample.
Die internationale ISO Norm 8467 beschreibt eine Methode zur Bestimmung von organischen Verunreinigungen in schwach belasteten Wässern (Trinkwasser, Oberflächenwasser, Rohwasser) nach Aufschluss mittels indirekter Titration mit einer definierten Permanganat- und Oxalsäurelösung. Aufgrund der vielen Arbeitsschritte und dem offenen Umgang mit gefährlichen Lösungen ist die Durchführung dieser Methode dem erfahrenen Anwender im Labor vorbehalten.The international ISO standard 8467 describes a method for the determination of organic contaminants in weakly polluted waters (drinking water, surface water, raw water) after digestion by means of indirect titration with a defined permanganate and oxalic acid solution. Due to the many working steps and the open handling of dangerous solutions, the implementation of this method is reserved for the experienced user in the laboratory.
Vor der eigentlichen Titration wird die Wasserprobe mit Schwefelsäure und einer definierten Menge Permanganatlösung Im Überschuss versetzt und in einem siedenden Wasserbad für 10 Minuten aufgeschlossen. Anschließend versetzt man die noch heiße Mischung mit einer definierten Menge an Oxalsäurelösung, wobei sich die Lösung komplett entfärbt. Der Überschuss an Oxalsäure wird nun mit Permanganatlösung bis zur schwachen Rosafärbung titriert. Aus dem Verbrauch an Permanganatlösung errechnet sich der Permanganat-Index in mg/L.Before the actual titration, the water sample is mixed with sulfuric acid and a defined amount of permanganate solution in excess and digested in a boiling water bath for 10 minutes. Subsequently, the still hot mixture is mixed with a defined amount of oxalic acid solution, whereby the solution is completely decolorized. The excess of oxalic acid is now titrated with permanganate solution until pale pink. From the consumption of permanganate solution, the permanganate index is calculated in mg / L.
Um ein aussagekräftiges Ergebnis zu bekommen, müssen mehrere Titrationen durchgeführt werden. Neben der Titration eines Blindwertes erfolgt vor der eigentlichen Dreifachtitration üblicherweise auch eine Vortitration, um den ungefähren Gehalt an organischen Verunreinigungen im Vorfeld abzuschätzen. Alle Lösungen (Permanganatlösung, Oxalsäurelösung) müssen vor der Verwendung entweder frisch angesetzt oder auf ihren Gehalt hin geprüft werden. Insbesondere die Oxalsäurelösung ist dabei wenig stabil.In order to obtain a meaningful result, several titrations must be carried out. In addition to the titration of a blank value, a pre-titration is usually carried out before the actual triple titration, in order to estimate the approximate content of organic impurities in advance. All solutions (permanganate solution, oxalic acid solution) must either be prepared fresh or tested for content before use. In particular, the oxalic acid solution is less stable.
Das Verfahren erzeugt auch erhebliche Mengen an wässrigen Abfällen, die einer Entsorgung zugeführt werden müssen.The process also produces significant amounts of aqueous waste that must be disposed of.
Trotzdem stellt der so ermittelte Gehalt, berechnet als Permanganat-Index, einen üblichen Parameter zur Bestimmung der Wasserqualität dar und wird in der Praxis umfangreich eingesetzt.Nevertheless, the content thus determined, calculated as the permanganate index, is a common parameter for determining the water quality and is widely used in practice.
Es besteht Bedarf nach alternativen Verfahren, die möglichst einige der Nachteile des Standes der Technik überwinden.There is a need for alternative methods that overcome as few as possible of the disadvantages of the prior art.
Gelöst wird die Aufgabe in einem Aspekt durch ein Verfahren zur Herstellung eines lyophilisierten Feststoffgemisches umfassend die Schritte
- - Herstellen einer Lösung enthaltend
- - Oxalsäure oder Oxalsäuresalze
- - ein oder mehrere anorganische Salze
- - Lyophilisieren der Lösung.
- - Producing a solution containing
- - oxalic acid or oxalic acid salts
- - one or more inorganic salts
- - lyophilization of the solution.
Bei den Oxalsäuresalzen handelt es sich vorzugsweise um Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumsalze.The oxalic acid salts are preferably alkali, alkaline earth and ammonium salts.
Als anorganische Salze kommen erfindungsgemäß solche Verbindungen in Betracht, die üblicherweise rein anorganisch und frei von organischen Verunreinigungen sind, um keinen Einfluss auf den Reaktionsverlauf zu zeigen. Beispiele hierfür sind Sulfate, Phosphate, Chloride, Nitrate. Zu den besonders bevorzugten Salzen gehören die Natrium, Kalium, Lithium, Calcium, Magnesium und Ammoniumsalze.According to the invention, suitable inorganic salts are those compounds which are usually purely inorganic and free of organic impurities in order to show no influence on the course of the reaction. Examples of these are sulfates, phosphates, chlorides, nitrates. Particularly preferred salts include sodium, potassium, lithium, calcium, magnesium and ammonium salts.
Erfindungsgemäß beträgt das Gewichtsverhältnis der anorganischen Salze zur Oxalsäure oder den Oxalsäuresalzen 10 bis 100:1. Bei dieser Berechnung der Gewichtsverhältnisse werden nur die Anionen des anorganischen Salzes und des Oxalats berücksichtigt.In the invention, the weight ratio of inorganic salts to oxalic acid or oxalic acid salts is 10 to 100: 1. In this calculation of the weight ratios, only the anions of the inorganic salt and the oxalate are considered.
Es hat sich herausgestellt, dass die Konzentration von Oxalsäure oder Oxalsäuresalze in der Lösung vor dem Lyophilisieren bevorzugt Im Bereich von 0,01 bis 0,05 mol/l liegt. Entsprechend liegt die Konzentration der anorganischen Salze vor dem Lyophilisieren Im Bereich von 0,1 bis 5 mol/l.It has been found that the concentration of oxalic acid or oxalic acid salts in the solution before lyophilization is preferably in the range of 0.01 to 0.05 mol / l. Accordingly, the concentration of the inorganic salts before lyophilization is in the range of 0.1 to 5 mol / l.
Lyophilisierung oder auch Gefriertrocknung ist ein Verfahren zur schonenden Trocknung von Produkten, das auf dem Prinzip der Sublimation beruht, d.h., dass Eiskristalle ohne Auftreten einer flüssigen Phase direkt in den gasförmigen Zustand übergehen.Lyophilization or freeze-drying is a process for the gentle drying of products, which is based on the principle of sublimation, that is to say that ice crystals pass directly into the gaseous state without the appearance of a liquid phase.
Typische Gefriertrocknungen umfassen die Schritte des Einfrierens, des Trocknens sowie gegebenenfalls einer Nachtrocknung. Während das Einfrieren typischerweise bei Normaldruck erfolgt, erfolgt das Haupt- oder Nachtrocknen unter Sublimationsbedingungen. Die Temperatur, die Zeit und der Druck können an die erforderlichen Mengen und Trocknungsparameter angepasst werden und in einem breiten Bereich variiert werden. Typische Parameter können der nachfolgenden Tabelle entnommen werden.
Tabelle 1: Beispiele für Gefriertrocknungsparameter
Es ist auch möglich, während des Einfrierens ein sogenanntes Temperaturprogramm zu durchlaufen.It is also possible to go through a so-called temperature program during freezing.
Temperaturprogamme dienen dazu, durch Änderung der Temperatur des gefrorenen Produkts das Wachstum der Eiskristalle zu erhöhen, was die Gefriertrocknung erleichtert.Temperature programs serve to increase the growth of the ice crystals by changing the temperature of the frozen product, which facilitates freeze-drying.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die zu lyophilisierende Lösung In geeignete Behälter überführt und in diesen Behältern lyophilisiert. Dadurch enthält der Behälter eine genau dosierte Menge an Oxalsäure.In a particularly preferred embodiment, the solution to be lyophilized is transferred into suitable containers and lyophilized in these containers. As a result, the container contains a precisely metered amount of oxalic acid.
In einer Ausführungsform wird der Permanganat-Index wie bisher durch Titration bestimmt, wobei jedoch statt des Zusatzes einer flüssigen Oxalsäure- oder Oxalsäuresalzlösung, die vorher konfektionierte, definierte Menge an Oxalsäure in fester Form zugegeben wird. Ein geeignetes Verfahren hierzu ist es, in den Titrationskolben ein entsprechendes geöffnetes Gefäß mit dem Feststoffgemisch hineinzugeben.In one embodiment, the permanganate index is determined by titration as hitherto, but instead of the addition of a liquid oxalic acid or oxalic acid salt solution, the previously prepared, defined amount of oxalic acid in solid form is added. A suitable method for this purpose is to introduce into the titration flask a corresponding opened vessel with the solid mixture.
Bevorzugt ist, dass das erhaltene Produkt der Lyophilisation fest, homogen und bröselfrei ist. Dies erleichtert die weitere Verarbeitung.It is preferred that the resulting product of the lyophilization is solid, homogeneous and free from crumbs. This facilitates further processing.
In einigen Ausführungsformen kann dem zu lyophilisierenden Produkt eine geringe Menge eines organischen Polymers beigemischt werden. Solche Polymere verbessern im Regelfall die Festigkeit des Lyophilisats. Auf der anderen Seite sind sie eine organische Komponente, die Einfluss auf die Messung nehmen kann. Bevorzugt werden keine organischen Polymere verwendet. Gegenstand der Erfindung ist auch das lyophilisierte Feststoffgemisch erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren.In some embodiments, a small amount of an organic polymer may be added to the product to be lyophilized. Such polymers usually improve the strength of the lyophilizate. On the other hand, they are an organic component that can influence the measurement. Preferably, no organic polymers are used. The invention also provides the lyophilized solid mixture obtainable by the process according to the invention.
Vorteilhaft ist, dass sich durch die Herstellung in Form von Feststoffen in der Fabrik genau dosierte Mengen herstellen, dosieren und abpacken lassen. Eine Herstellung und Dosierung der zuzusetzenden Reagenzien vor Ort ist nicht mehr erforderlich. Das ermöglicht auch, dass weniger geschultes Personal für die Durchführung in Betracht kommt. Das beschriebene Feststoffgemisch lässt sich Insbesondere für die qualitative und quantitative Bestimmung von organischen Verunreinigungen In Wasser einsetzen. Erfindungsgemäß eignet sich das Feststoffgemisch insbesondere für die Bestimmung von organischen Verunreinigungen in Wässern analog zur ISO 8467. Grundsätzlich können nur schwach belastete Proben auf ihre organischen Verunreinigungen untersucht werden, hierzu zählen in erster Linie Trink-, Oberflächen-, Roh- und Mineralwässer.It is advantageous that precisely metered quantities can be produced, metered and packaged by the production in the form of solids in the factory. Production and dosage of the reagents to be added on site is no longer necessary. This also allows less trained staff to be considered for implementation. The described solid mixture can be used in particular for the qualitative and quantitative determination of organic impurities in water. According to the invention, the solid mixture is particularly suitable for the determination of organic impurities in waters analogous to ISO 8467. Basically, only weakly loaded samples can be examined for their organic impurities, these include primarily drinking, surface, raw and mineral waters.
Besonders bevorzugt ist, dass statt einer Titration eine optische Bestimmung erfolgt.It is particularly preferred that an optical determination takes place instead of a titration.
Das erfindungsgemäße Feststoffgemisch eignet sich insbesondere dafür, organische Verunreinigungen wässriger Proben mittels optischer Methoden festzustellen. Hierbei kommt insbesondere die Photometrie in Betracht. Bei diesem Verfahren zur qualitativen und quantitativen Bestimmung organischer Verunreinigungen wässriger Proben mittels optischer Methoden, insbesondere mittels Photometrie wird die wässrige Probe für die optische Messung aufbereitet, indem sie mit Schwefelsäure und einer Permanganatlösung in einer Küvette für 10 Minuten bei 100°C z.B. In einem Metallblockthermostat aufgeschlossen wird.The solid mixture according to the invention is particularly suitable for detecting organic contaminants of aqueous samples by means of optical methods. In this case, in particular the photometry comes into consideration. In this method for the qualitative and quantitative determination of organic contaminants of aqueous samples by optical methods, in particular by photometry, the aqueous sample for optical measurement is prepared by mixing with sulfuric acid and a permanganate solution in a cuvette for 10 minutes at 100 ° C. Being unlocked in a metal block thermostat.
Vorteilhafterweise wird die wässrige Probe nach dem Aufschluss auf Raumtemperatur abgekühlt, vorzugsweise auf 20°C mittels eines Metallblockthermostats, eines Wasserbades oder an der Luft.Advantageously, the aqueous sample is cooled to room temperature after digestion, preferably to 20 ° C by means of a metal block thermostat, a water bath or in the air.
Anschließend wird die wässrige Probe mit dem erfindungsgemäßen Feststoffgemisch versetzt, um mit dem Überschuss an nicht verbrauchter Permanganatlösung zu reagieren. Subsequently, the aqueous sample is mixed with the solid mixture according to the invention in order to react with the excess of unused permanganate solution.
Im letzten Reaktionsschritt wird eine genau definierte Menge Permanganatlösung in die Reaktionsküvette dosiert und spätestens nach 5 Minuten, vorzugsweise nach 1 Minute, photometrisch vermessen, wobei die photometrische Messung zur Berechnung der organischen Belastung dient.In the last reaction step, a precisely defined amount of permanganate solution is metered into the reaction cuvette and photometrically measured at the latest after 5 minutes, preferably after 1 minute, the photometric measurement serving to calculate the organic load.
Gerade bei einer Verwendung zu einer optischen bzw. photometrischen Vermessung können die Proben und Reaktionsvolumina deutlich verkleinert werden, so dass weniger Abfalllösungen entstehe, die entsorgt werden müssen.Especially when used for an optical or photometric measurement, the samples and reaction volumes can be significantly reduced, so that fewer waste solutions arise that must be disposed of.
Erfindungsgemäß bietet das Feststoffgemisch den Vorteil, dass es im Rahmen eines fertigen Testkits in vordosierter Form angefertigt und vertrieben werden kann. Gegenstand der Erfindung ist demgemäß auch ein Testkit, der das oben beschriebene Feststoffgemisch, eine Permanganat-Lösung und Anwendungshinweise enthält.According to the invention, the solid mixture has the advantage that it can be prepared and distributed in a pre-dosed form within the scope of a finished test kit. The invention accordingly also provides a test kit which contains the above-described solid mixture, a permanganate solution and instructions for use.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassen die Testkits eine Vorrichtung zum Aufbewahren von Reagenzien und deren Einbringen in mit der zu untersuchenden Wasserprobe befüllte Reaktionsbehälter zur Durchführung von qualitativen und quantitativen Analysen sowie zum Verschließen dieser Reaktionsbehälter.In a particularly preferred embodiment, the test kits comprise a device for storing reagents and introducing them into reaction vessels filled with the water sample to be examined for carrying out qualitative and quantitative analyzes and for closing these reaction vessels.
Die Vorrichtung Ist vorzugsweise eine Vorrichtung mit wenigstens 2 räumlich voneinander getrennten Verschlussbereichen, wie sie in
Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung des dem Verschließen des Reaktionsbehälters dienenden Abschnitts besteht darin, ein einseitig offenes Behältnis als Verschlusselement vorzusehen, wie dies in
Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung des Behältnisses besteht darin, das erfindungsgemäße Feststoffgemisch in ein separates Behältnis einzubringen, wie dies z.B. unter der Marke MicroCap vertrieben wird.Another possibility of the embodiment of the container is to introduce the solid mixture according to the invention in a separate container, as e.g. sold under the brand MicroCap.
Die beschriebene Vorrichtung lässt sich derart einsetzen, dass der Reaktionsbehälter zunächst mit der zu untersuchenden Probe befüllt und eine Aufschlussreaktion durchgeführt werden wird und anschließend die in der Vorrichtung vorhandenen Reagenzien in diesen eingebracht werden.The device described can be used in such a way that the reaction vessel is first filled with the sample to be examined and a digestion reaction is carried out, and then the reagents present in the device are introduced into it.
BeispieleExamples
Die Oxalat- und Permanganatkonzentrationen wurden bei allen Versuchen konstant gehalten, um die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu ermöglichen.The oxalate and permanganate concentrations were kept constant in all experiments to allow comparability of the results.
Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf der Optimierung der Trägerkomponenten bezüglich Haltbarkeit, mechanischer Festigkeit und Funktion.The focus of the investigations was on the optimization of the carrier components in terms of durability, mechanical strength and function.
Das verwendete Gefriertrocknungsprogramm war wie folgt:
Tabelle 2: Gefriertrocknungsprogramm
und ist detailliert in
and is detailed in
Verschiedene Mischungen von Trägerstoffen gemäß Tabellen 3 und 4 gegebenenfalls zusammen mit organischen Hilfsstoffen wurden auf ihre Konsistenz nach Trocknung überprüft. Dabei waren die weichen Lyophilisate grundsätzlich weniger geeignet als die festen Lyophilisate.
Tabelle 3: Dosicap / DosiCap Zip
Für entsprechende Produkte wurde die Wiederfindungsrate direkt nach der Abfüllung sowie nach Lagerung über 1, 6 und 12 Monate bestimmt. Dabei wurden jeweils 10 Gefäße parallel untersucht. Dabei zeigten feste Homogenisate geringere Schwankung der Wiederfindungsrate. Zusammensetzungen, die Borate enthielten, zeigten eine geringere Stabilität der Oxalsäure. Es konnte keine signifikante Verbesserung bei organischen Zusätzen erzielt werden.For corresponding products, the recovery rate was determined directly after bottling and after storage for 1, 6 and 12 months. In each
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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