Published on :

Każdego dnia na całym świecie wykonywanych jest tysiące pomiarów pH oraz oznaczeń kationów i anionów w przeróżnych matrycach. Często cała procedura sprowadza się to do tego samego schematu: ręczne pobieranie próbki, transfer do laboratorium, analiza oraz przesłanie wyników do osób odpowiedzialnych za proces. Wiążą się z tym pewnego rodzaju wady, w tym zwiększone wydatki czasowe. Natomiast zakłady przemysłowe zwykle wymagają złożonych technik analitycznych i sprzętu w celu uzyskania bardzo dokładnych wyników, które są wykorzystywane do optymalizacji i kontroli procesu. Co w przypadku, kiedy potrzebna jest analiza w czasie rzeczywistym, aby uzyskać informacje procesowe najwyższej jakości? W jaki sposób przenieść analizę z laboratorium do procesu (tj. przeprowadzać analizę w warunkach procesowych), a jednocześnie uzyskiwać dokładne wyniki i wysoką precyzję. Kluczem jest doskonalenie procesu za pomocą technologii analizy procesowej (PAT) i zastosowanie np. czujników procesowych oraz analizatorów, które umożliwiają, ciągły monitoring oraz sterowanie procesem na miejscu.

Analiza pH jest prawdopodobnie jedną z najczęściej stosowanych analiz na świecie.  Odgrywa kluczową rolę we wszystkich dziedzinach chemii, farmacji, biotechnologii oraz żywności i napojów. Wszystkie te branże wymagają zastosowania odpowiednich czujników, które pełnią ważną funkcję w produkcji. Pomiar napięcia za pomocą elektrod czułych na zmianę stężenia jonów wodorowych jest starą, ale nadal obecną praktyką stosowaną codziennie w laboratoriach na całym świecie, ale mającą duże ograniczenia. Główną przeszkodą w pełnej optymalizacji procesowej jest to, że pomiar odbywa się z dala od procesu, a wynik uzyskiwany jest z pewnym opóźnieniem. Natomiast pomiar pH inline, tj. oznaczanie wartości pH bezpośrednio w procesie, pozwala tę „barierę” ominąć. Umożliwia on monitorowanie procesu w czasie rzeczywistym bez uprzedniego ręcznego pobierania próbki. Poprawia to wydajność i jakość produktu, oszczędza czas i koszty oraz zwiększa bezpieczeństwo procesu.  Rysunek 1 pokazuje, w jaki sposób proces produkcyjny może być monitorowany i kontrolowany na miejscu przy linii produkcyjnej (atline), z automatycznym próbkowaniem (online) lub bezpośrednio w samym centrum procesu (inline). Możliwość łączenia procesów produkcyjnych i związanych z nimi analiz jakościowych i ilościowych pozwala na uzyskanie wyższych wydajności, wyeliminowanie produktów niezgodnych ze specyfikacją oraz zwolnienie produktu gotowego w czasie rzeczywistym nie czekając na wyniki laboratoryjne.

Rysunek 1 Kategorie analizy: inline, online, atline i offline.
Rysunek 1 Kategorie analizy: inline, online, atline i offline.

Kiedy próbki są dostarczane z punktu poboru do laboratorium w celu analizy, mogą ulegać zmianie w czasie z powodu, np. zmiany temperatury otoczenia, absorpcji CO2 z atmosfery w roztworze, różnic ciśnień lub (braku) przepływu. Dzięki technologii pomiarowej inline i online aktualne wartości parametrów procesowych są bezpośrednio dostępne na sterowni (DCS). To połączenie umożliwia przede wszystkim niezawodną kontrolę  nad procesem, a błędy „ludzkie” , które powodują opóźnienia w pomiarach można w znacznym stopniu wykluczyć. Metrohm Process Analytics oferuje sondy procesowe pH – ProTrode pH sensors  (Rysunek 2), które idealnie pasują do wszystkich zastosowań przemysłowych, gdzie wymagane są niezawodne i dokładne pomiary pH na linii produkcyjnej.

Rysunek 2. Uniwersalna elektroda pH ProTrode firmy Metrohm Process Analytics dla zróżnicowanych matryc.
Rysunek 2. Uniwersalna elektroda pH ProTrode firmy Metrohm Process Analytics dla zróżnicowanych matryc.

Elektrody pH ProTrode są wszechstronne, oto kilka ich cech:

  • unikalna membrana odpowiednia do próbek o różnym przepływie – spiek ceramiczny bądź diafragma typu kołnierz-  umożliwia bardzo precyzyjne i powtarzalne pomiary w zróżnicowanych warunkach procesowych
  • dostosowywane długości do warunków procesowych (120 mm, 225 mm, 325 mm, 360 mm, 425 mm) – odpowiednie do różnorodnej armatury przemysłowej (np. zbiorniki, reaktory, rurociągi)
  • specjalny system referencyjny – zintegrowany system referencyjny jeszcze bardziej ułatwia pomiar pH i zapobiega przedostawaniu się jonów srebra z elektrody do próbki badanej

W przypadku kiedy niemożliwe jest zainstalowanie sondy procesowej w linii, bądź też wyniki pomiarów z różnych przyczyn są niezadowalające Metrohm Process Analytics stworzył w pełni zautomatyzowany analizator procesowy do pomiarów pH. temperatura, zmiany ciśnienia i potencjalne efekty strumieniowe nie mają wpływu na pomiar. Stan elektrody jest stale monitorowany, a kalibracja i czyszczenie odbywa się automatycznie. Skutkuje to mniejszą konserwacją, dłuższą żywotnością elektrody pH i bardziej niezawodnymi pomiarami. Potencjalne zagrożenia i obawy dotyczące bezpieczeństwa punktu w procesie, gdzie sonda procesowa byłaby umieszczona są wyeliminowane, ponieważ elektroda pH jest umiejscowiona w naczyniu pomiarowym analizatora. Nie trzeba jej także wyjmować w celu np. czyszczenia czy kalibracji, ponieważ wszystko odbywa się automatycznie. Nigdy też  nie trzeba się martwić o wyschnięcie membrany w przypadku braku próbki, ponieważ elektroda jest zawsze zanurzona w wodzie po skończonym cyklu. Rysunek 3 przedstawia analizator procesowy 2026 pH Analyzer do pomiaru pH.

Rysunek 3. Analizator procesowy 2026 pH Analyzer.
Rysunek 3. Analizator procesowy 2026 pH Analyzer. 

Analizator procesowy 2026 w wersji pH jest elastycznym urządzeniem, który w prosty sposób można przeprogramować na aparat do oznaczania jonów nieorganicznych. Po zamontowaniu biurety i doborze odpowiedniej elektrody pomiarowej stanie się on przyrządem do miareczkowania bądź pomiarów jonoselektywnych. Mnogość aplikacji, które może wykorzystywać analizator pozwala na znaczną poprawę procesu przemysłowego i mniejsze koszty. Do najbardziej popularnych aplikacji należy analiza zawartości chlorków, fluorków, cyjanków, azotanów, amoniaku, sodu, twardość oraz zasadowości i kwasowości. Analizator ma możliwość podłączenia dwóch strumieni próbki oraz ustawienia programu czyszczącego. Pozwala on na uzyskanie, dokładnych i precyzyjnych wyników pomiarów oraz wyeliminowanie efektów matrycowych i interferencji za sprawą naczynia reakcyjnego, w którym można wykonać wstępne przygotowanie próbki (Rys. 4).

Rys.4 Naczynie reakcyjne z mieszadłem magnetycznym.
Rysunek 4 Naczynie reakcyjne z mieszadłem magnetycznym.

W niedalekiej przyszłości automatyzacja będzie niezbędnym narzędziem do dokładnej i szybkiej kontroli jakości procesów produkcyjnych w zakładach przemysłowych. Postęp cywilizacyjny jest na tyle szybki, że funkcjonowanie bez sond i analizatorów procesowych niebawem stanie się praktycznie niemożliwe. Bieżąca kontrola kluczowych parametrów procesowych takich jak pH czy jony nieorganiczne, jest niezbędna aby osiągać pożądane wydajności i jednocześnie sprawnie  eliminować zakłócenia procesowe. Oszczędność czasu i minimalizacja „błędów ludzkich” ma bezpośrednie przełożenie na korzyści finansowe i to w dużej mierze spowoduje, że analizatory procesowe coraz częściej będą zastępować metody laboratoryjne, a w tym Metrohm ma bardzo duże doświadczenie.

Sprawdź tutaj jakie rodzaje analizatorów procesowych Metrohm Process Analytics oferuje metrohm Polska w swojej ofercie.

Źródło: metrohm.com