Espectroscopia NIR na indústria petroquímica e de refinaria: a ferramenta compatível com ASTM para controle de qualidade e triagem de produtos – Parte 5
24/01/2022
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História da ASTM Internacional
O Sociedade Americana para Testes e Materiais (ASTM) é uma organização que fornece atualmente mais de 12.500 padrões internacionais. Suas raízes remontam a 1898, quando a ASTM foi formada por um grupo de cientistas e engenheiros para lidar com os frequentes trilho rompe afetando o rápido crescimento indústria ferroviária. O grupo desenvolveu um padrão para o aço utilizado na fabricação de trilhos.
Originalmente, esta organização chamava-se «American Society for Testing Materials» (1902) e foi alterada para «American Society for Testing and Materials» em 1961. Em 2001, a ASTM mudou oficialmente o seu nome para «ASTM International» e adicionou o slogan «Standards Worldwide». Este slogan foi modificado em 2014 para «Ajudar o nosso mundo a funcionar melhor». Agora, além dos EUA, a ASTM International também possui escritórios na Bélgica, Canadá, China e Peru.
A ASTM International visa garantir que os requisitos de qualidade e padrões sejam atendidos ao utilizar materiais para projetos de engenharia. Portanto, eles tiveram que chegar a um acordo sobre um idioma único para engenheiros e técnicos para melhorar a compatibilidade e, por fim, desenvolveram um sistema agrupado de acordo com os setores na forma das letras A – G. Atualmente, existem mais de 12.500 normas ASTM utilizadas por cerca de 150 países. Isto aumentou o comércio em diferentes mercados, incutindo e fortalecendo a confiança dos consumidores.
Comitê ASTM D02 sobre Produtos Petrolíferos, Combustíveis Líquidos e Lubrificantes
Formado em 1904, ASTM Comitê D02 atualmente se reúne duas vezes por ano durante cinco dias de reuniões técnicas, com a participação de aproximadamente 1.000 membros (de cerca de 2.500). D02 tem jurisdição sobre 814 normas com papel de destaque em todos os aspectos relativos à padronização de produtos petrolíferos e lubrificantes, que são publicados no Livro Anual de Normas ASTM (Volumes 05.01 a 05.06).
Espectroscopia no infravermelho próximo – uma ferramenta compatível com ASTM para avaliar a qualidade de produtos petroquímicos
A espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) tem sido um método estabelecido para controle de qualidade rápido e confiável na indústria petroquímica há mais de 30 anos. No entanto, muitas empresas ainda não consideram consistentemente a implementação do NIRS nos seus laboratórios de QA/QC. As razões podem ser a experiência limitada em relação às possibilidades de aplicação ou uma hesitação geral sobre a implementação do NIRS como uma tecnologia alternativa.
Muitas empresas não estão cientes de que agora existem muitas normas ASTM sobre como implementar a espectroscopia NIR como alternativa aos métodos convencionais. Várias diretrizes ASTM relacionadas ao NIRS são mostradas em figura 1.
ASTM E1655 (desenvolvimento de método de análise NIR quantitativa) e ASTM E1790 (desenvolvimento de método de análise qualitativa NIR) são aplicáveis para todas as indústrias (por exemplo, polímero, químico, petroquímico, etc.).
ASTM D6122 (método de validação), ASTM D8321 (desenvolvimento e validação de análise multivariada), e ASTM D8340 (qualificação de desempenho) são dedicado à indústria petroquímica. Essas três normas foram lançadas recentemente em 2020, e a ASTM D8340 foi atualizada no final de 2021.
Desenvolvimento de método
ASTM E1655: Práticas padrão para análise quantitativa multivariada infravermelha
«Estas práticas abrangem um guia para a calibração multivariada de espectrómetros infravermelhos utilizados na determinação das características físicas ou químicas dos materiais. Estas práticas são aplicáveis a análises conduzidas na região espectral do infravermelho próximo (NIR) (aproximadamente 780 a 2500 nm).»
ASTM E1790: Prática padrão para análise qualitativa de infravermelho próximo
«Esta prática abrange a utilização da espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) para a análise qualitativa de líquidos e sólidos. A prática é escrita sob a suposição de que a maioria das análises qualitativas NIR serão realizadas com instrumentos projetados especificamente para esse fim e equipados com algoritmos computadorizados de tratamento de dados.»
método de validação
ASTM D6122: Prática padrão para validação do desempenho de espectrofotômetro infravermelho multivariado on-line, at-line, de campo e de laboratório e sistemas analisadores baseados em espectrômetro Raman
«Esta prática cobre requisitos para a validação de medições feitas por laboratório, campo ou processo (online ou at-line) infravermelho (analisadores de infravermelho próximo ou médio, ou ambos), e analisadores Raman, usados no cálculo de dados físicos, parâmetros químicos ou de qualidade (isto é, propriedades) de produtos petrolíferos líquidos e combustíveis.»
Esses requisitos incluem os seguintes tópicos:
- Calibração do analisador
- Correlação de NIRS vs. método de laboratório (amostras tratadas e não tratadas)
- Validação probatória
- Validação geral e contínua
Validação de resultados
ASTM D8321: Prática padrão para desenvolvimento e validação de análises multivariadas para uso na previsão de propriedades de produtos petrolíferos, combustíveis líquidos e lubrificantes com base em medições espectroscópicas
«Esta prática abrange um guia para a calibração multivariada de espectrofotômetros infravermelhos (IR) e espectrômetros Raman usados na determinação das propriedades físicas, químicas e de desempenho de produtos petrolíferos, combustíveis líquidos, incluindo biocombustíveis, e lubrificantes. Esta prática é aplicável a análises conduzidas na região espectral do infravermelho próximo (NIR) (aproximadamente 780 nm a 2500 nm).»
O principal objetivo desta norma é estabelecer a validade dos resultados dos testes durante a calibração.
ASTM D8340: Prática Padrão para Qualificação Baseada em Desempenho de Sistemas Analisadores Espectroscópicos
«Esta prática cobre requisitos para estabelecer a qualificação baseada no desempenho de sistemas analisadores espectroscópicos vibracionais destinados a serem usados para prever o resultado do teste de um material que seria produzido por um Método de Teste Primário (PTM) se o mesmo material fosse testado pelo PTM. »
Além disso, inclui os requisitos prescritivos relativos a modelos multivariados, incluindo regressão multilinear (MLR), mínimos quadrados parciais (PLS), regressão de componentes principais (PCR), validação cruzada e estatísticas de outliers, bem como considerações sobre instrumentos.
Em relação à precisão exigida do método NIRS, o acordo esperado e os requisitos do usuário é que o erro padrão de previsão para o valor NIRS seja igual ou menor que a reprodutibilidade do método laboratorial.
Conformidade com ASTM D8340 com o Analisador Petro NIRS DS2500 e Vision Air
Estabilidade de temperatura, seção 5.4:
Existem requisitos prescritivos incluídos nesta norma relativos à estabilidade de temperatura do Analisador NIRS. A seção 5.4 exige que a temperatura da amostra seja cuidadosamente controlada no hardware do sistema analisador ou que os efeitos da mudança de temperatura sejam compensados na modelagem ou software. A solução da Metrohm para este problema para o Analisador Petro NIRS DS2500 é mostrado em Figura 2.
Saiba mais sobre as possibilidades de análise petroquímica com os Analisadores Metrohm NIRS DS2500 Petro em nosso folheto gratuito.
Exatidão e precisão do comprimento de onda do analisador, seção 6.3:
A Seção 6.3 exige que o analisador inclua um meio de demonstrar que está operando dentro das especificações do fornecedor. Portanto, o analisador deve incorporar testes de desempenho do instrumento para demonstrar que está operando dentro dos limites historicamente esperados. Além disso, o analisador deve ter meios de validar a precisão e exatidão do comprimento de onda/frequência. Além disso, a precisão do comprimento de onda deve ser suficiente para permitir que os espectros sejam coletados e usados na criação de um modelo multivariado que atenda ou exceda as especificações do usuário. A precisão do comprimento de onda do analisador usado para calibração e a precisão e reprodutibilidade do comprimento de onda do analisador para o analisador devem ser suficientes para permitir que os analisadores sejam validados pela Prática D6122. A solução da Metrohm para isso é a Software Vision Air mostrado em Figura 3.
Modelo multivariado global criado pelo fornecedor, seção 8.2.2:
O modelo multivariado pode ser um método de teste padronizado, um modelo multivariado global criado pelo usuário/fornecedor ou um modelo multivariado específico do local criado pelo usuário. Um modelo multivariado global é aquele desenvolvido pelo uso de amostras e dados que podem representar materiais produzidos em múltiplas instalações ou locais. Alguns locais podem começar com um modelo global e adicionar a ele amostras específicas do local. Ofertas Metrohm várias pré-calibrações para o Analisador Petro NIRS DS2500, listado em Figura 4.
Descubra nossa seleção de pré-calibrações NIRS disponíveis para a indústria petroquímica em nosso folheto gratuito.
Folheto: Controle de qualidade de combustíveis - Resultados rápidos com pré-calibrações NIR
Estatísticas atípicas, seções 9.3, 9.4 e 9.5:
Os requisitos de tratamento de valores discrepantes são descritos nestas seções. A identificação e o tratamento de valores discrepantes são importantes para o sucesso do cumprimento desta prática baseada no desempenho. É permitido que a identificação e o tratamento de valores discrepantes sejam realizados pelo mesmo software ou por um software separado usado para gerar previsões a partir de espectros. Para análise de uma amostra para fins de determinação de valores de propriedades, o software deverá indicar se o espectro é identificado como outlier, com base nos critérios definidos pelo usuário. A análise da amostra pode indicar que o desempenho esperado não é alcançado para uma amostra identificada como outlier.
Visão Aérea é o software universal da Metrohm para espectroscopia Vis-NIR. O Vision Air atende às necessidades exclusivas de cada tipo de usuário de instrumento. Oferece interfaces específicas otimizadas para as tarefas mais comuns – simplificando a medição de rotina, desenvolvimento de método, tratamento de valores discrepantes, e ambos gerenciamento de dados e instrumentos. Vision Air também é compatível com software de terceiros como Unscrambler (Figura 5).
Resumo
Na indústria petroquímica, os requisitos típicos da gestão são geralmente que o controle de qualidade deve ser rápido, os custos operacionais devem ser baixo, o feedback deve ser rápido, e a operação deverá ser seguro.
Os requisitos típicos do usuário são que a análise deve ser preciso e precisoe a instrumentação deve ser fácil de usar, rápido, e seguro.
A espectroscopia NIR está em conformidade com todos esses requisitos, e conforme mostrado nesta série de blogs, a tecnologia é apoiada por diversas diretrizes ASTM para desenvolvimento de métodos, validação de métodos e validação de resultados.
Ao utilizar o NIRS na indústria petroquímica, os fabricantes não apenas melhoram a eficiência da triagem e do controle de qualidade dos produtos petroquímicos, mas também aderem totalmente aos padrões aceitos internacionalmente.
Outras parcelas desta série
Este artigo do blog foi dedicado ao tópico de Normas ASTM e como a espectroscopia NIR pode ser usada como a ferramenta de controle de qualidade ideal para a indústria petroquímica/refinaria. Outras parcelas são dedicadas a:
