Desenvolvimento de um método para determinação da concentração de amoníaco numa solução aquosa, usando a tecnologia NIR

Abstract

As resinas são dos principais produtos produzidos na Bresfor. O amoníaco é utilizado na produção de uma dessas resinas. Para o amoníaco ser utilizado na produção da resina, é necessário que tenha uma concentração mássica de 23-25 % pelo que é de grande importância a certificação de que o amoníaco utilizado está dentro da gama referida. A espetroscopia NIR pode ser utilizada para a quantificação do amoníaco e acarreta várias vantagens como a analise rápida, permitir medições in-line, e o facto de ser uma técnica não destrutiva. Porém, para a produção de um modelo robusto recorrendo à espetroscopia NIR é necessário recolher espectros de muitas amostras de concentração conhecida de forma a construir um modelo de calibração. Sendo o amoníaco um gás e passando facilmente da fase aquosa para a gase gasosa, torna-se necessário determinar a sua real concentração nas soluções aquosas preparadas para realizar a calibração e validação do novo método baseado na técnica NIR, o que foi feito recorrendo a um método de referência. O método de referência utilizado neste trabalho foi um método volumétrico adaptado da ISO 7108, que se inicia com captação do amoníaco numa solução de ácido bórico impedido a sua volatilização. Este trabalho de mestrado inclui por isso a implementação do método titulométrico para análise do amoníaco nas soluções aquosas, obtenção dos espectros de infravermelho utilizando a sonda de imersão NIR, calibração e validação dos resultados obtidos na análise de soluções de amoníaco. O software utilizado conseguiu tratar os dados fornecidos de modo a obter uma boa calibração e bons resultados da validação, com coeficientes de correlação próximos de 100 e erros médios de estimação e de validação relativamente pequenos. O modelo ajustado foi utilizado para a analise de 9 amostras de concentrações diferentes das usadas na calibração, tendo sido possível concluir que, com uma probabilidade de 95%, não existem diferenças estatisticamente diferentes entre os valores obtidos recorrendo ao modelo NIR desenvolvido e ao método de referência.

Resins are among the main products produced at Bresfor. Ammonia is used in the production of one of these resins. For ammonia to be used in the production of the resin, it must have a mass concentration in the range 23-25 %. Therefore, it is of great importance to analyze ammonia to be sure it is within the mentioned range. NIR spectroscopy can be used for the quantification of ammonia and has several advantages over usual methods, such as fast analysis, be prone to in- line measurements, and being a non-destructive technique. However, to produce a robust model using NIR spectroscopy, it is necessary to collect spectra from many samples of known concentration to build a calibration model. Since ammonia easily escapes from the solution, it is necessary to determine the real concentration in the prepared aqueous solutions necessary to perform the calibration and validation of the new method based on the NIR technique, these analysis were performed by a volumetric method adapted from the reference method was a ISO 7108, which starts with the uptake of ammonia in a boric acid solution preventing its volatilization. This work includes the implementation of the titrimetric method for the analysis of ammonia in aqueous solutions, obtaining the infrared spectra using the NIR immersion probe, calibration and validation of the results obtained in the analysis of ammonia solutions. The software used was able to handle the data provided in order to obtain good calibration and validation results, with correlation coefficients close to 100 and relatively small average estimation and validation errors. The adjusted model was used to analyze 9 samples not used in the calibration, and it was possible to conclude that, with a probability of 95%, there was no statistically difference between the values obtained using the developed NIR model and the volumetric reference method.