Los fundamentos del carbono orgánico total y la conductividad
¿Qué es el carbono orgánico total?
El carbono orgánico total (TOC) es una medición analítica que indica la cantidad de carbono que se encuentra en los compuestos orgánicos presentes en una muestra, y sirve como un indicador clave de la calidad y pureza del agua en las pruebas farmacéuticas y ambientales. El carbono orgánico total es fundamental porque incluso trazas de contaminación orgánica pueden comprometer la calidad del producto y la seguridad del consumidor. El carbono orgánico total se origina en fuentes naturales (es decir, plantas y animales) y materiales sintéticos (es decir, productos de limpieza, plásticos y pesticidas). Se caracteriza por enlaces carbono-hidrógeno que pueden oxidarse a CO2.
Una forma común de determinar la cantidad de carbono orgánico en una muestra es restando los resultados del carbono total (TC) y el carbono inorgánico (IC):
Carbono total - carbono inorgánico = carbono orgánico total, o
TC - IC = TOC, donde:
- TC (Carbono Total): Todo el carbono presente en una muestra, incluidas las formas orgánicas e inorgánicas.
- IC (carbono inorgánico): carbono presente en compuestos inorgánicos (CO2 , HCO3 - y CO32-)
- TOC (carbono orgánico total): cantidad de carbono orgánico que queda después de que se ha eliminado el carbono inorgánico.
La USP <643> establece normas y procedimientos para las pruebas de carbono orgánico total en agua de uso farmacéutico, especificando los requisitos tecnológicos, el análisis de idoneidad del sistema, los parámetros de validación del método y los criterios de aceptación para garantizar la calidad y pureza del agua.
¿Qué es la conductividad?
La conductividad mide la capacidad de una sustancia para conducir una corriente eléctrica, lo que indica la presencia de sustancias químicas y sales inorgánicas. En las pruebas de agua farmacéutica, la conductividad es un atributo de calidad crítico para detectar la presencia de especies iónicas y garantizar la pureza del agua.
Según USP <645>, los niveles de conductividad deben estar por debajo de 1.3 μS/cm a 25 °C. Las pruebas de conductividad detectan iones intrínsecos (del CO2 disuelto) e iones extrínsecos (como el cloruro y el amoniaco), que pueden dañar los equipos y la salud humana. Las pruebas son cruciales para controlar la sal y la contaminación inorgánica.
¿Quién analiza el carbono orgánico total y la conductividad?
Aplicaciones de pruebas de conductividad y carbono orgánico total por industria:
- Farmacéutica: validación de limpieza, agua para inyección (WFI), agua estéril y vapor limpio.
- Microelectrónica: monitoreo de agua ultrapura y control de procesos
- Municipios: calidad del agua potable, tratamiento de aguas residuales y gestión de aguas pluviales
- Alimentos y bebidas: procesos de limpieza, monitoreo de aguas residuales, liberación de agua y consistencia del producto
- Petróleo y gas: evaluación de la contaminación del agua y monitoreo de procesos
¿Cómo se miden y analizan el carbono orgánico total y la conductividad?
Las pruebas de carbono orgánico total comprenden dos pasos fundamentales: oxidación y detección. Durante la oxidación, los compuestos orgánicos de la muestra se convierten en dióxido de carbono (CO2) a través de métodos establecidos que incluyen la combustión catalítica a alta temperatura o la oxidación UV/con persulfato (oxidación química húmeda). Se seleccionan diferentes técnicas de oxidación en función de las necesidades de la aplicación, las matrices de muestra o los requisitos de prueba.
En la fase de detección es donde la precisión analítica se vuelve crucial, ya que la precisión de la medición de CO2 determina directamente la fiabilidad de los resultados del carbono orgánico total. Los tres métodos principales de detección incluyen:
- Infrarrojo no dispersivo (NDIR): mide el CO2 a través de la absorción de luz infrarroja, pero sufre de interferencia de vapor de agua que compromete la precisión
- Conductividad directa: mide la conductividad de la muestra antes y después de la oxidación, pero es propensa a varias interferencias
- Detección conductimétrica de membrana: ofrece una medición robusta de CO2 a la vez que minimiza eficazmente las interferencias, proporcionando los resultados más fiables
Cuando la exactitud y la precisión no son negociables, la tecnología conductimétrica de membrana permite una evaluación confiable de la calidad del agua y el control del proceso.
Para la conductividad, los métodos de prueba comunes incluyen celdas de conductividad de dos electrodos (contacto), celdas de cuatro electrodos, sensores de conductividad toroidales (inductivos) y sistemas de monitoreo continuo en línea, con mediciones que generalmente se realizan con medidores de conductividad que aplican un voltaje de CA a través de los electrodos.
En las pruebas de agua farmacéutica, las mediciones de conductividad se rigen por USP <645>, que describe tres etapas de pruebas de conductividad para garantizar que el agua cumpla con los estrictos requisitos de pureza. Estas mediciones se registran con conductividad compensada por temperatura o no compensada por temperatura, según los requisitos por etapas de USP <645> para proporcionar una evaluación completa de la calidad del agua.
Las pruebas de conductividad y carbono orgánico total proporcionan mediciones complementarias de la calidad del agua; el carbono orgánico total detecta la contaminación orgánica mientras que la conductividad mide las impurezas iónicas e inorgánicas, lo que garantiza una evaluación integral de la pureza del agua para aplicaciones farmacéuticas e industriales.
Carbono orgánico total y conductividad con instrumentos analíticos Sievers
Para satisfacer las diversas necesidades de los clientes, Veolia ofrece una amplia variedad de analizadores como parte de su cartera de productos Sievers con diferentes rangos analíticos e idoneidad para aplicaciones específicas, lo que permite soluciones integrales en múltiples industrias. La línea de instrumentos analíticos Sievers incluye soluciones avanzadas para pruebas de carbono orgánico total y conductividad.
Para las pruebas de carbono orgánico total y conductividad, los analizadores de carbono orgánico total Sievers M500, M9 y M5310 C implementan tecnología conductométrica de membrana para medir tanto el carbono orgánico total como la conductividad. La tecnología de Sievers utiliza una membrana permeable al gas patentada para filtrar el CO2 de las muestras en agua desionizada ultrapura. Este proceso permite el análisis sin interferencias de otros componentes. La transferencia de CO2 crea cambios de conductividad medibles que se correlacionan con los niveles de IC y TC, lo que permite a los usuarios calcular los niveles de carbono orgánico total.
El analizador de carbono orgánico total Sievers InnovOx utiliza una innovadora tecnología de oxidación en agua supercrítica (SCWO) que combina calor, presión y oxidantes químicos para manejar muestras complejas que incluyen aceites y grasas y otras sustancias desafiantes.
La conductividad directa, empleada por el sensor de carbono orgánico total Sievers CheckPoint, mide las muestras antes y después de la oxidación UV.
Todos estos métodos, excepto el sensor de carbono orgánico total Sievers CheckPoint, siguen el principio fundamental de oxidar los compuestos orgánicos a CO2, medir elCO2 resultante y calcular el carbono orgánico total como la diferencia entre el carbono total y el carbono inorgánico. Este enfoque garantiza el cumplimiento de los requisitos de USP <643> a la vez que proporciona una detección precisa y sin interferencias.
Veolia se ha consolidado como líder en análisis de carbono orgánico total con su línea de instrumentos analíticos Sievers. Para obtener más información sobre cómo implementar las pruebas de conductividad y carbono orgánico total en sus operaciones, vea nuestro seminario web a pedido: https://www.watertechnologies.com/lp-ai-online-toc-for-cv-webinar