ES2218297T3 - Procedimiento para analizar constituyentes gaseosos y kit de ensayo para ponerlo en practica. - Google Patents

Procedimiento para analizar constituyentes gaseosos y kit de ensayo para ponerlo en practica.

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ES2218297T3 ES01108716T ES01108716T ES2218297T3 ES 2218297 T3 ES2218297 T3 ES 2218297T3 ES 01108716 T ES01108716 T ES 01108716T ES 01108716 T ES01108716 T ES 01108716T ES 2218297 T3 ES2218297 T3 ES 2218297T3
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Abstract

Procedimiento para el análisis de un constituyente (23) de una muestra (5) gaseoso o transferible a la forma de gas, en el que se carga la muestra (5) en un recipiente (2) de recogida de muestras a través de una abertura (4) de este recipiente y se une un recipiente de análisis (7) previamente provisto de un reactivo indicador (8), mediante la abertura de este recipiente y a través de un adaptador (10), con la abertura (4) del recipiente (2) de recogida de muestras, tras lo cual se impulsa el constituyente (23) desde el recipiente (2) de recogida de muestras hasta el recipiente de análisis (7), caracterizado porque el recipiente de análisis (7) se pone selectivamente en comunicación con la atmósfera exterior de tal manera que tenga lugar una compensación de la presión.

Description

Procedimiento para analizar constituyentes gaseosos y kit de ensayo para ponerlo en práctica.
La invención concierne a un procedimiento para el análisis de un constituyente de una muestra gaseoso o transferible a la forma gaseosa, en el que se carga la muestra en un recipiente de toma de recogida a través de una abertura del mismo y en el que se une un recipiente de análisis provisto previamente de un reactivo indicador, mediante su abertura y a través de un adaptador, con la abertura del recipiente de recogida de muestras, tras lo cual se impulsa el constituyente de la muestra hacia el recipiente de análisis. La invención se refiere también a un kit de ensayo especialmente para la puesta en práctica del procedimiento anteriormente descrito, con un recipiente de recogida de muestras para recoger la muestra a través de una abertura del mismo y con un recipiente de análisis para recoger el constituyente a analizar a través de una abertura del mismo, conteniendo el recipiente de análisis un reactivo indicador o pudiendo ser provisto de un reactivo indicador y pudiendo emplearse como receptáculo de medida en un aparato de medida óptico, así como un adaptador mediante el cual se pueden unir las aberturas de los recipientes una con otra.
En la analítica del agua es conocido separar selectivamente constituyentes determinados de una muestra de agua transfiriéndolos a la forma gaseosa y analizándolos luego directa o indirectamente - en el último caso con aparatos de análisis ópticos, como, por ejemplo, un fotómetro. Esto se realiza especialmente para la determinación de carbono, siendo de interés especial el carbono orgánico total (TOC). La determinación del TOC se efectúa aquí básicamente según DIN EN 1484.
La preparación del constituyente de la muestra se efectúa fundamentalmente de tal manera que el TOC - después de una retirada previa del carbono inorgánico (TIC) - se convierte a la forma gaseosa, es decir, en CO_{2}, por medio de un oxidante, por ejemplo peroxodisulfato de sodio, y es impulsado del recipiente de recogida de muestras hacia un recipiente de análisis por medio de un gas portador inerte, por ejemplo por destilación de vapor de agua, o por medio de un gas de reacción sobrante. El CO_{2} es absorbido allí en un reactivo indicador líquido o que se presenta en forma sólida. El reactivo indicador experimenta aquí una variación óptica que puede ser analizada en un aparato de análisis óptico, por ejemplo un fotómetro.
Para poder realizar esta analítica de manera sencilla y rápida in situ con personal poco experimentado y con medios baratos se han desarrollado kits de ensayo como los que se han descrito, por ejemplo, en el documento EP 0 663 239 B1. Este kit de ensayo tiene dos recipientes construidos como cubetas de vidrio, concretamente un recipiente de recogida de muestras y un recipiente de análisis que presentan cada uno de ellos en su lado superior unas aberturas que pueden cerrarse con tapas de cierre atornillables. Pertenece también al kit de ensayo un adaptador con el cual las aberturas de los recipientes se pueden unir una con otra de manera hermética al gas después de la retirada de los cierres. El adaptador está provisto de una membrana semipermeable que puede ser atravesada por gases y aquí especialmente por el constituyente a analizar y el gas portador. A este fin, dicha membrana puede consistir, por ejemplo, en material hidrófobo. El recipiente de análisis puede contener el reactivo indicador en una forma preconfeccionada y almacenable. Asimismo, el recipiente de recogida de muestras puede estar provisto ya también, en forma preconfeccionada, de un reactivo de disociación que provoque la transferencia del contenido a analizar a la forma gaseosa.
En el kit de ensayo conocido la absorción del constituyente expulsado de la muestra se efectúa dentro de un sistema cerrado constituido por las dos cubetas de vidrio y el adaptador que une las aberturas de los recipientes en forma hermética al gas. De esta manera, se evita todo falseamiento por entrada de aire desde fuera, lo que, a causa del contenido de CO_{2} en el aire, conduciría a resultados incorrectos, especialmente en el caso de la determinación de TOC. Sin embargo, es desventajoso el hecho de que se establece en el recipiente de análisis una contrapresión que contrarresta el intercambio de gas del recipiente de recogida de muestras al recipiente de análisis y que dificulta también la intensidad del cambio de color en el reactivo indicador.
En el documento US-5,979,219 se ha divulgado un dispositivo de medida para medir componentes volátiles en una solución acuosa. Este dispositivo de medida está destinado a ser utilizado en la técnica de procesos industriales para operaciones de medición continua sin el empleo de un gas portador. El dispositivo de medida presenta una cámara de medida cuya entrada está cerrada con una membrana permeable al gas, a través de la cual el gas a medir es separado del líquido. En la cámara de medida se encuentra un sensor de gas a base de semiconductores, cuya resistencia se altera en función de la concentración del gas a medir. Para obtener una mejor exactitud de medida, un mayor caudal de flujo y un funcionamiento sin problemas dentro de un proceso industrial con medición continua, la cámara de medida está provista de una salida que tiene comunicación permanente con la atmósfera exterior y que está dimensionada de modo que el caudal volumétrico del gas que pasa por la membrana a la cámara de medida sea mayor que el caudal de gas que abandona la cámara de medida. De este modo, se pretende provocar una elevación de la concentración del gas en la cámara de medida dentro de un proceso continuo.
La invención se basa en el problema de configurar un procedimiento adecuado sobre todo para su aplicación en kits de ensayo de modo que trabaje en forma más rápida y cuantitativa y conduzca a una variación óptica más intensa del reactivo indicador. Otro cometido consiste en proporcionar un kit de ensayo adecuado para la ejecución de este procedimiento.
El primer problema se resuelve según la invención poniendo selectivamente el recipiente de análisis en comunicación con la atmósfera exterior de tal manera que tenga lugar una compensación de la presión. Por tanto, la idea básica de la invención consiste en no ejecutar ya el procedimiento - como es conocido - en un sistema cerrado, sino abrir selectivamente el recipiente de análisis hacia la atmósfera durante la expulsión del constituyente y establecer así una compensación de presión parcial o completa con las atmósfera exterior. Esto acelera el paso del constituyente gaseoso y del gas portador al recipiente de análisis y conduce también a una mejor absorción del constituyente en el reactivo indicador. Además, se asegura así que el constituyente llegue completamente al recipiente de análisis. Finalmente, la comunicación con la atmósfera forma también una especie de válvula de seguridad que evita que estallen los recipientes a consecuencia de una sobrepresión.
En una ejecución de la invención se ha previsto que la comunicación con la atmósfera exterior se establezca únicamente después de instalar el adaptador en el recipiente de análisis. Esto puede efectuarse, por ejemplo, retirando una cubierta que bloquee la comunicación.
Para establecer la compensación de presión se puede perforar el recipiente de análisis, por ejemplo, con un tubito de ventilación.
Según la invención, se ha previsto también que el recipiente de recogida de muestras se caliente después de cargar la muestra de tal manera que se expulse un constituyente que no se ha de analizar, por ejemplo carbono inorgánico. Para favorecer esto, el recipiente de recogida de muestras deberá ser provisto, antes del calentamiento, de un reactivo de expulsión que fomente la expulsión. El calentamiento del recipiente de recogida de muestras puede efectuarse en bloques de calentamiento en sí conocidos.
La segunda parte del problema, que se refiere al propio kit de ensayo, se resuelve según la invención por el hecho de que el recipiente de análisis presenta un dispositivo de alivio de presión a través del cual se puede poner selectivamente el recipiente de análisis en comunicación con la atmósfera exterior de tal manera que tenga lugar una compensación de la presión. El dispositivo de alivio de la presión deberá estar dispuesto aquí preferiblemente en el extremo del recipiente de análisis que queda enfrente de la abertura del otro recipiente. Es conveniente que el dispositivo de alivio de presión sea permeable exclusivamente para gases, sobre todo cuando se utilice un líquido en calidad de reactivo indicador. El gas portador sobrante escapa a través del dispositivo de alivio de presión e impide así la entrada de aire en el recipiente de análisis.
El dispositivo de alivio de presión puede estar construido de múltiples maneras. Este es especialmente sencillo cuando está construido como una perforación del recipiente cerrada con una cubierta semipermeable, consistiendo la cubierta preferiblemente en un material hidrófobo. Convenientemente, la cubierta está configurada como una membrana a base de, por ejemplo, PTFE, PVDF o FEP.
Como alternativa, el dispositivo de alivio de presión puede estar configurado como una perforación del recipiente cerrada con una membrana perforable, por ejemplo en forma de una membrana de goma, especialmente de caucho butílico con un revestimiento en uno o en ambos lados por medio de PTFE o FEP. Para la perforación se deberá emplear un tubito de ventilación perteneciente al dispositivo de alivio de presión y cuyo diámetro interior sea de dimensión muy pequeña. Dado que la membrana se cierra por sí misma, impide una salida del reactivo indicador después de la extracción del tubito de ventilación.
En otra ejecución de la invención se ha previsto que la cubierta de la perforación del recipiente esté provista, en el lado exterior, de un elemento de protección desmontable o retirable, por ejemplo en forma de una película de protección pegada encima. Esto evita un intercambio de gases durante el almacenaje y el transporte del kit de ensayo.
Por lo que se refiere al propio adaptador, se ha previsto de manera en sí conocida que esté provisto de una membrana de separación permeable solamente para gases a fin de que se evite el intercambio de líquido entre los dos recipientes. A este fin, la membrana de separación puede consistir, por ejemplo, en un material hidrófobo.
En el dibujo se ilustra la invención con más detalle con ayuda de un ejemplo de ejecución para el kit de ensayo y mediante la representación del desarrollo del procedimiento. Muestran:
la figura 1, un recipiente de recogida de muestras ajustado en un termobloque;
la figura 2, el recipiente de recogida de muestras durante la carga de un reactivo de disociación;
la figura 3, un recipiente de análisis con adaptador atornillado, juntamente con una representación en sección ampliada;
la figura 4, el recipiente de análisis según la figura 3 en una posición girada en 180º, junto con dos versiones de dispositivos de alivio de presión en una representación en sección ampliada;
la figura 5, la combinación de recipiente de recogida de muestras y recipiente de análisis, unidos por el adaptador;
la figura 6, la combinación según la figura 5, ajustada en el termobloque, con representación en sección ampliada del adaptador;
la figura 7, la vista de la combinación de la figura 5 junto con su representación en una posición girada en 180º; y
la figura 8, la combinación de la figura 7, ajustada en un fotómetro.
En la figura 1 se representa esquemáticamente un termobloque 1 de clase de construcción usual en sección vertical. En el termobloque 1 está instalado un recipiente 2 de recogida de muestras configurado como una cubeta redonda de vidrio. El recipiente 2 de recogida de muestras tiene en el lado superior un racor 3 que está provisto de una rosca exterior y que rodea a una abertura 4 del recipiente.
En el recipiente 2 de recogida de muestras está cargada una muestra de agua 5 que está mezclada con una mezcla ácida, concretamente hidrogenosulfato de sodio. La mezcla ácida estaba contenida previamente en forma preconfeccionada en el recipiente 2 de recogida de muestras. En el termobloque 1 se expulsa carbono inorgánico por calentamiento a 70ºC durante 15 min - simbolizado por el gráfico del lado de la derecha.
Después de retirar el carbono inorgánico se saca el recipiente 2 de recogida de muestras del termobloque 1. Como puede verse en la figura 2, se introduce entonces por la abertura del recipiente 4 con una cuchara de medida 6 un reactivo de disociación en forma de un oxidante, aquí peroxodisulfato.
La figura 3 muestra un recipiente de análisis 7 que está configurado también como una cubeta redonda de vidrio y en el que está cargado un reactivo indicador líquido 8. El recipiente de análisis 7 tiene en el lado superior un racor 9 que rodea aquí a una abertura del recipiente. Sobre el racor 9 del recipiente está atornillado un adaptador 10 de plástico. Su estructura se desprende de la representación en sección vertical ampliada en la parte derecha de la figura. Tiene la forma de un casquillo que presenta en el centro un nervio anular 11 sobresaliente por el lado interior, estando conformadas unas roscas interiores por encima y por debajo del nervio anular 11. El adaptador 10 está atornillado sobre el racor 9 del recipiente por medio de la rosca interior del lado inferior. Entre el lado frontal del racor 9 del recipiente y el lado inferior del nervio anular 11 está aprisionada una membrana de separación hidrófoba 12 que es permeable para gases, pero no para líquidos y, por tanto, tampoco para el reactivo indicador 8.
En el lado inferior del recipiente de análisis 7 se encuentra un dispositivo 13 de alivio de presión. En la figura 4 están representadas dos formas de ejecución posibles de este dispositivo 13 de alivio de presión. El recipiente de análisis 7 se muestra allí girado en 180º, de modo que el adaptador 10 se encuentra abajo y el dispositivo 13 de alivio de presión se encuentra arriba.
Las dos formas de ejecución del dispositivo 13 de alivio de presión están enmarcadas por círculos en el lado de la derecha y se han representado a escala ampliada. Ambos dispositivos 13 de alivio de presión están montados en un racor de alivio 14, 15 que es parte del recipiente de análisis 7. Los racores de alivio 14, 15 están cubiertos en el lado superior por membranas 16 que son presionadas por anillos de abrazadera 18, 19 de manera firme y, por tanto, hermética a los gases sobre los lados frontales de los racores de alivio 14, 15, quedando así fijadas. Las membranas 16, 17 son impermeables a los líquidos, de modo que el reactivo indicador 8 no puede escapar, ni siquiera aunque el recipiente de análisis no se encuentre en la posición mostrada en la figura 3.
En el ejemplo de ejecución del lado de la izquierda la membrana 17 es semipermeable. Es permeable para el gas portador que se produce en el recipiente 2 de recogida de muestras después de introducir el reactivo de disociación (figura 2). La abertura dejada libre por el anillo de abrazadera 19 está cubierta en el lado exterior con una película adhesiva 20 que protege la membrana 17 en el tiempo anterior a la utilización del recipiente de análisis 7 y que forma una barrera hermética al gas. Antes de utilizar el recipiente de análisis 7 se retira la película adhesiva 20 a mano, lo que está simbolizado por la flecha dibujada. La anchura de poros de la membrana 17 está en el dominio de menos de 50 \mum, preferiblemente en 20 \mum.
En el ejemplo de ejecución del lado de la derecha la membrana 17 es de goma, es decir que es hermética al líquido y al gas. A fines de comunicación con la atmósfera exterior, se hinca en la membrana 16 un tubito de ventilación 21 de forma de aguja, cuyo diámetro interior es de 0,45 mm. El tubito de ventilación 21 se introduce con su extremo exterior en el casquillo de manipulación 22.
El recipiente de análisis 7 puede estar ya preconfeccionado en el kit de ensayo en la forma mostrada en la figura 3, es decir, provisto del reactivo indicador 8 y el adaptador 10. Sin embargo, existe también la posibilidad de llenar el recipiente de análisis 7 con el reactivo indicador 8 y atornillar el adaptador 10 únicamente cuando se realice un análisis, es decir, convenientemente en paralelo con la introducción del reactivo de disociación en el recipiente 2 de recogida de muestras.
El recipiente 2 de recogida de muestras deberá atornillarse con el adaptador 10 inmediatamente después de la introducción del reactivo de disociación, tal como se ha representado en la figura 5. El recipiente de análisis 7 tiene entonces la posición representada en la figura 4 con el adaptador 10 en el lado inferior, y el recipiente 2 de recogida de muestras se atornilla entonces desde abajo en el adaptador 10. El adaptador 10 une con efecto de sellado las aberturas 4 del recipiente 2 de recogida de muestras y el recipiente de análisis 7. La apertura del dispositivo 13 de alivio de presión en el sentido anteriormente descrito puede efectuarse antes o bien inmediatamente después del atornillamiento del recipiente 2 de recogida de muestras.
Seguidamente, la unidad constituida por el recipiente 2 de recogida de muestras, el recipiente de análisis 7 y el adaptador 10 se ajusta nuevamente en el termobloque 1, pero solamente el recipiente 2 de recogida de muestras penetra en el termobloque 1. Esto se ha representado en la figura 6. En el termobloque 1 se calienta a 100ºC la muestra de agua 5 provista del reactivo de disociación. El reactivo de disociación y el calor actúan de dos maneras. Por un lado, se gasifica el carbono orgánico aún existente y se le expulsa de la muestra de agua 5. Por otro lado, se produce un gas portador 24 a base de oxígeno y vapor de agua que sirve de portador para el CO_{2} 23 y que arrastra a éste hacia arriba en dirección al recipiente de análisis 7 debido a la sobrepresión producida. El CO_{2} 23 y el gas portador 24 atraviesan la membrana de separación 12 y llegan al reactivo indicador 8. El CO_{2} 23 es absorbido allí y conduce a una variación óptica, por ejemplo un cambio de color del reactivo indicador 8.
El gas portador 24 burbujea a través del reactivo indicador 8, con lo que se entremezcla con éste y puede escapar seguidamente a la atmósfera exterior a través del dispositivo 13 de alivio de presión. De este modo, se evita una acumulación de presión en el recipiente de análisis 7. Esto no sólo acelera el transporte de gas hacia el recipiente de análisis 7, sino que asegura también el paso completo del CO_{2} 23 al reactivo indicador 8. El intenso burbujeo del gas portador 8 aumenta, además, la superficie de contacto y tiene así como consecuencia un cambio de color más intenso. Finalmente, se evita también con el dispositivo 13 de alivio de presión que estalle el recipiente 2 de recogida de muestras o el recipiente de análisis 7.
Una vez concluida la expulsión del CO_{2} 23, se extrae del termobloque 1 la unidad constituida por el recipiente 2 de recogida de muestras y el recipiente de análisis 7 y – como muestra la figura 7 - se gira dicha unidad en 180º, con lo que el recipiente 2 de recogida de muestras se encuentra de nuevo arriba y el recipiente de análisis 7 se vuelve a encontrar abajo. En el ejemplo de ejecución del lado de la derecha de la figura 4 se tiene que retirar previamente el tubito de ventilación 21, cerrándose la membrana 16 automáticamente en forma hermética al líquido. En esta posición se ajusta la unidad en un fotómetro 25, pero solamente el recipiente de análisis 7 penetra en el fotómetro 25. El recipiente de análisis 7 y el reactivo indicador 8 - simbolizado por las flechas - son irradiados allí con luz de un dominio de longitud de onda determinado y la extinción generada por el reactivo indicador 8 es captada como medida de la cantidad del constituyente, aquí CO_{2}, absorbido por el reactivo indicador.

Claims (19)

1. Procedimiento para el análisis de un constituyente (23) de una muestra (5) gaseoso o transferible a la forma de gas, en el que se carga la muestra (5) en un recipiente (2) de recogida de muestras a través de una abertura (4) de este recipiente y se une un recipiente de análisis (7) previamente provisto de un reactivo indicador (8), mediante la abertura de este recipiente y a través de un adaptador (10), con la abertura (4) del recipiente (2) de recogida de muestras, tras lo cual se impulsa el constituyente (23) desde el recipiente (2) de recogida de muestras hasta el recipiente de análisis (7), caracterizado porque el recipiente de análisis (7) se pone selectivamente en comunicación con la atmósfera exterior de tal manera que tenga lugar una compensación de la presión.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la comunicación con la atmósfera se establece únicamente después de instalar el adaptador (10) en el recipiente de análisis.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el recipiente de análisis (7) es perforado con un tubito de ventilación (21) para la compensación de la presión.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el recipiente (2) de recogida de muestras es calentado después de cargar la muestra (5) de tal manera que se expulse un constituyente que no ha de ser analizado.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el recipiente (2) de recogida de muestras es provisto, antes del calentamiento, de un reactivo de expulsión que fomenta la expulsión del constituyente que no ha de ser analizado.
6. Kit de ensayo para el análisis de un constituyente (23) de una muestra (5) gaseoso o transferible a la forma de gas, que comprende un recipiente (2) de recogida de muestras para recoger la muestra (5) a través de una abertura (4) de dicho recipiente y un recipiente de análisis (7) para recoger el constituyente (23) que se ha de analizar a través de una abertura de dicho recipiente, conteniendo el recipiente de análisis (7) un reactivo indicador (8) o bien pudiendo ser provisto de un reactivo indicador (8) y pudiendo emplearse dicho recipiente como receptáculo de medida en un aparato de medida óptico (25), así como adaptador (10) con el cual se pueden unir las aberturas (4) de los recipientes una con otra, caracterizado porque el recipiente de análisis (7) presenta un dispositivo (13) de alivio de la presión mediante el cual el recipiente de análisis (7) puede ser puesto selectivamente en comunicación con la atmósfera exterior de tal manera que tenga lugar una compensación de la presión.
7. Kit de ensayo según la reivindicación 6, caracterizado porque el dispositivo (13) de alivio de la presión está dispuesto en el extremo del recipiente de análisis (7) que queda enfrente de la abertura (4) del recipiente de recogida de muestras.
8. Kit de ensayo según la reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo (13) de alivio de presión es permeable exclusivamente para gases.
9. Kit de ensayo según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el dispositivo (13) de alivio de presión está construido como una perforación (15) del recipiente de análisis cerrada con una cubierta semipermeable (17).
10. Kit de ensayo según la reivindicación 9, caracterizada porque la cubierta (17) consiste en material hidrófobo.
11. Kit de ensayo según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la cubierta (17) está configurada como una membrana de, por ejemplo, PTFE, PVDF o FEP.
12. Kit de ensayo según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el dispositivo (13) de alivio de presión está configurado como una perforación (14) del recipiente de análisis cerrada con una cubierta perforable (16).
13. Kit de ensayo según la reivindicación 12, caracterizado porque la cubierta está configurada como una membrana (16).
14. Kit de ensayo según la reivindicación 13, caracterizado porque la membrana es de goma, especialmente de caucho butílico, preferiblemente revestido de PTFE o FEP.
15. Kit de ensayo según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque un tubito de ventilación (21), que puede hincarse a través de la cubierta (16), pertenece al dispositivo (13) de alivio de presión.
16. Kit de ensayo según una de las reivindicaciones 9 a 15, caracterizado porque la cubierta (17, 18) está provista, en su lado exterior, de un elemento de protección desmontable o retirable (20).
17. Kit de ensayo según la reivindicación 16, caracterizado porque el elemento de cubierta está configurado como una película de protección pegada (20).
18. Kit de ensayo según una de las reivindicaciones 6 a 17, caracterizado porque el adaptador (10) está provisto de una membrana de separación (12) permeable para gases.
19. Kit de ensayo según la reivindicación 18, caracterizado porque la membrana de separación (12) consiste en un material hidrófobo.
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