TOC Evaluation of Surfactants

Význam tématu

Surfactanty (povrchově aktivní látky) jsou široce používány v čistících prostředcích, farmaceutické výrobě a při úpravě vod. Rezidua těchto látek mohou ovlivnit kvalitu produktů i ekologickou zátěž odpadních vod, proto je spolehlivá analýza celkového organického uhlíku (TOC) důležitá pro kontrolu kvality a environmentální monitoring. Zvláštní problém představuje schopnost surfaktantů pěnit, což může ovlivnit přesnost některých běžných metod TOC.

Cíle a přehled studie / článku

Studie porovnává dvě přístupy měření TOC u modelového aniontového surfaktantu (sodium dodecylbenzenesulfonate, SDBS): tradiční NPOC (odstranění anorganického uhlíku spargingem po okyselení) versus TC-IC (samostatné měření celkového uhlíku a anorganického uhlíku a jejich rozdíl). Cílem bylo ověřit přesnost obou metod u pěnivých vzorků a ukázat vhodnou volbu metody pro praxi včetně možnosti automatizovaného rozběhu více vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

• Přístroj: Shimadzu TOC-L total organic carbon analyzer.
• Oxidační metoda: katalytická spalovací oxidace při 680 °C s vysoce citlivým katalyzátorem.
• Měřené veličiny: NPOC (TOC po okyselení a odplynění) a TC-IC (TOC = TC – IC).
• Kalibrace: dvoubodové kalibrační křivky (0 a 5 mgC/L) s použitím kyseliny hydrogenftalové pro TC/NPOC a směsi hydrogenuhličitanu/uhličitanu sodného pro IC.
• Vstřikovaný objem: 200 µL.
• Vzorky: roztoky sodium dodecylbenzenesulfonátu v čisté vodě s cílovou koncentrací uhlíku 0,5; 1; 2; 3 mgC/L.
• Automatizace: autosampler ASI-L pro kontinuální měření více vzorků.

Hlavní výsledky a diskuse

• NPOC metoda: u všech čtyř testovaných koncentrací (0,5–3 mgC/L) byly zjištěné recovery hodnoty výrazně pod očekávanou úrovní (~42–48 %). To indikuje systematickou ztrátu signálu.
• TC-IC metoda: TOC vypočtený jako rozdíl TC a IC vykázal recovery přibližně 99–101 % pro všechny koncentrace, tedy prakticky shodu s přidaným množstvím uhlíku.
• Příčina rozdílu: NPOC zahrnuje krok okyselení a sparging (odplynění) k odstranění anorganického uhlíku; u pěnivých surfaktantních roztoků dochází k silnému pěnění a k přetečení/úniku vzorku během tohoto kroku, což vede k nižším naměřeným hodnotám. Metoda TC-IC tyto kroky nevyžaduje a výsledky nejsou ovlivněny pěněním.
• Kalibrace byla lineární v rozsahu použitých standardů (0–5 mgC/L) pro příslušné měřené parametry, bez indikace systematické chyby kalibrace.

Přínosy a praktické využití metody

• Pro analýzu pěnivých surfaktantních vzorků je metoda TC-IC výrazně přesnější než NPOC a poskytuje spolehlivé výsledky vhodné pro QC v průmyslu i pro environmentální monitoring.
• Automatizace prostřednictvím ASI-L zvyšuje produktivitu laboratoře a umožňuje kontinuální zpracování série vzorků bez ruční manipulace při každém měření.
• Metoda TC-IC je kompatibilní s požadavky na validaci a může být použita tam, kde jsou požadavky na přesnost měření nízkých koncentrací organického uhlíku.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další vývoj bude směřovat k širší automatizaci a integraci proti-pěnicích opatření (např. optimalizace vstřikování, použití antifoam přísad kompatibilních s TOC) pro metody založené na odplyňování.
• Rozšíření validovaných TC-IC protokolů pro různé třídy surfaktantů (aniontové, kationtové, neiontové, amfoterní) a pro komplexní maticové vzorky (farmaceutická zařízení, odpadní vody).
• Možné kombinace s dalšími analytickými technikami pro specifikaci organického materiálu (např. LC-MS) nebo on-line senzory TOC pro kontinuální monitorování procesů.
• Standardizace postupů pro regulační účely, včetně doporučení pro farmakopeální a environmentální laboratoře.

Závěr

Porovnání ukázalo, že pro pěnivý surfaktant (sodium dodecylbenzenesulfonát) vede NPOC metoda k významnému podhodnocení TOC v důsledku ztrát během okyselení a spargingu. Metoda TC-IC provedená na TOC-L (spalovací oxidace 680 °C) poskytla recovery blízké 100 % a je proto doporučená pro spolehlivé stanovení TOC u plesnivých a jinak problematických surfaktantních vzorků. Automatizovaný autosampler ASI-L dále zvyšuje analytickou efektivitu.

Použitá instrumentace

• Shimadzu TOC-L total organic carbon analyzer (680 °C katalytická spalovací oxidace, vysoce citlivý katalyzátor).
• ASI-L autosampler pro automatické a kontinuální měření vzorků.

Reference

1. Shimadzu Corporation. TOC Evaluation of Surfactants. First Edition: Jun. 2026. Shimadzu Corporation, 2026.