Analizadores de carbono orgánico total (TOC) e instrumentos analíticos Sievers 

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¿Cuál es el principio de funcionamiento de un analizador de carbono orgánico total?

Los analizadores de carbono orgánico total (TOC, por sus siglas en inglés) cumplen dos funciones: oxidan el carbono orgánico de una muestra para producir CO₂  y miden el CO₂  producido. Lo que distingue a los analizadores de carbono orgánico total de otros detectores de carbono orgánico es el método que usan para oxidar los compuestos orgánicos y los métodos utilizados para detectar el CO₂ resultante.

Los tres métodos principales de detección de CO₂ que se usan comercialmente son:

1. Infrarrojo no dispersivo (NDIR, por sus siglas en inglés)
2. Conductimetría directa (conductimetría no selectiva)
3. Detección conductimétrica de membrana (conductimetría selectiva)

Los detectores de TOC NDIR miden el CO₂ en la fase gaseosa, mientras que los detectores de TOC conductimétricos miden el CO₂ en la fase líquida.

¿Qué mide el TOC?

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El carbono orgánico total (TOC) es una medición indirecta de las moléculas orgánicas presentes en una muestra y medidas como carbono. Las mediciones de TOC incluyen oxidar carbono orgánico, detectar el carbono oxidado (a menudo, detectado como CO₂ por conductividad o NDIR), y expresar el resultado como una concentración de carbono.

¿Cómo se calcula el TOC?

El TOC se calcula como la diferencia entre el carbono total (TC, por su sigla en inglés) y el carbón inorgánico (IC, por su sigla en inglés) en una muestra.

TOC = TC-IC

Con frecuencia, para hacer esto se mide el carbono total, se oxida el carbono orgánico para crear CO₂ y luego se detecta el CO₂ con conductividad o NDIR.

¿Cómo funciona un analizador de carbono orgánico total (TOC)?

Los analizadores y sensores de carbono orgánico total (TOC) convierten moléculas orgánicas en dióxido de carbono (CO₂) y luego miden el CO₂ producido para determinar la concentración de TOC. Diferentes analizadores varían en la formas de convertir materia orgánica en CO₂, de cuantificar ese CO₂ y de administrar los productos derivados.

Las diferencias en analizadores o sensores de TOC incluyen:

• Cómo la tecnología TOC convierte u oxida las moléculas de carbono orgánico para formar CO₂.
• Cómo la tecnología TOC detecta el CO₂ producido. Los métodos comunes de detección son: infrarrojo no dispersivo (NDIR, por sus siglas en inglés), conductimetría directa (conductimetría no selectiva) y detección conductimétrica de membrana (conductimetría selectiva).
• Cómo la tecnología TOC trata otras especies iónicas que se producen posteriormente a la oxidación de la molécula orgánica.

¿Cómo funciona la tecnología conductimétrica por membrana de carbono orgánico total Sievers?

Los analizadores TOC M9 y M5310 de Sievers usan un método con persulfato y UV para oxidar las moléculas orgánicas en CO2, y un método conductimétrico por membrana para cuantificar el CO2. La tecnología conductométrica de membrana Sievers separa el CO2 producido en el analizador TOC de otros productos derivados de la oxidación. El CO2 cruza una membrana permeable al gas mientras que otros iones (como sulfatos y cloruros, que se sabe que interfieren con las medidas y causan lecturas TOC falsas, tanto altas como bajas) son expulsados. Una vez que el CO2 cruza la membrana, se equilibra en el agua desionizada para formar bicarbonato. Luego, este bicarbonato es detectado por una célula de conductividad, el aumento de conductividad se usa para calcular la cantidad de carbono presente.

¿Por qué medimos el carbono orgánico total?

El TOC se usa para evalular la pureza del agua en las industrias de productos farmacéuticos, de microelectrónica, de tratamiento de agua municipales y de aguas residuales. En algunas industrias, el TOC se mide para cumplir con los requisitos regulatorios. El TOC también se puede usar para la compresión de procesos, la validación y verificación de limpieza, la detección de fugas y otras aplicaciones.

En plantas municipales de agua para consumo, el análisis del carbono orgánico total se realiza para garantizar la eliminación de niveles suficientes de TOC del agua fuente para que esta sea potable. El monitoreo de comuestos orgánicos es una herramienta valiosa que se utiliza en todas las etapas del proceso de tratamiento de agua para su optimización, el control de calidad y el cumplimiento normativo. Comprender y mejorar los diversos procesos de separación en el tratamiento de agua potable es importante para detectar los cambios en el agua fuente, reducir los costos operativos y minimizar la formación de subproductos de desinfección (DBP).

Los fabricantes de microelectrónica monitorean el carbono orgánico total en su agua de proceso, ya que este puede causar imperfecciones en la forma que la silicona se divide y las placas de circuitos se imprimen. Esto afecta la calidad de su producto.

Los fabricantes de productos farmacéuticos monitorean el carbono orgánico total para medir el agua purificada y el agua para inyección (WFI) para cumplir con USP 643, EP 2.2.44, JP, IP, ChP y otros conjuntos de pruebas. Para tener programas de monitoreo más sólidos, se utiliza tecnología en línea para inspeccionar los ciclos de purificación de agua en tiempo real y así controlar el proceso y detectar de forma inmediata resultados de falta de especificación (OOS) o falta de tendencia (OOT). La detección inmediata limita el impacto en equipos fundamentales y lotes en proceso, lo que ahorra tiempo y reduce costos.

El carbono orgánico total también es una herramienta valiosa para la validación, la verificación y el monitoreo de la limpieza. En la validación, el TOC se usa para confirmar la eliminación de ingredientes farmacéuticos activos (API), detergentes, agentes de limpieza, excipientes y degradantes del equipo. Esta confirmación de limpieza se usa para liberar un equipo sin riesgo de remanentes. Los analizadores de carbono orgánico total Sievers pueden integrarse fácil y directamente en línea con una plataforma de limpieza en el lugar (CIP) para proporcionar datos válidos en tiempo real con el mayor grado de integridad, procesamiento, compresión y control de proceso. Estos analizadores ofrecen resultados que cumplen con las pautas de 21 CFR Parte 11 en administración e integridad de datos.

La industria farmacéutica requiere procesos ajustados y mejoras continuas, también conocido como "calidad por diseño" (QbD, por sus siglas en inglés). Tener procesos eficientes permite que existan productos seguros de alta calidad para cuando los pacientes los necesiten. El documento de la FDA de EE.UU. con las pautas para la tecnología analítica de procesos (PAT) no solo describe cómo y cuándo utilizarla, sino que también incentiva enfáticamente a los fabricantes a usar PAT en sus sistemas. El carbono orgánico total (TOC) y el monitoreo de conductividad son aspectos esenciales de la calidad y el control del sistema de agua purificada. Los datos en tiempo real de la tecnología analítica de procesos garantiza un proceso controlado y bien comprendido, y ahorra el tiempo de muestreo y análisis.