Espectroscopia NIR en la industria petroquímica y de refinería: la herramienta compatible con ASTM para el control de calidad y la detección de productos - Parte 5

Historia de ASTM Internacional

los Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) es una organización que actualmente proporciona más de 12.500 normas internacionales. Sus raíces se remontan a 1898, cuando un grupo de científicos e ingenieros formó ASTM para abordar las frecuentes roturas de carril afectando el rápido crecimiento industria ferroviaria. El grupo desarrolló un estándar para el acero utilizado para fabricar rieles.

Originalmente, esta organización se llamó «American Society for Testing Materials» (1902) y se cambió a «American Society for Testing and Materials» en 1961. En 2001, ASTM cambió oficialmente su nombre a "ASTM International" y agregó el lema "Standards Worldwide". Este eslogan se modificó en 2014 a «Ayudando a que nuestro mundo funcione mejor». Ahora, además de los EE. UU., ASTM International también tiene oficinas en Bélgica, Canadá, China y Perú.

Comité D02 de ASTM sobre productos derivados del petróleo, combustibles líquidos y lubricantes

Formado en 1904, ASTM Comité D02 actualmente se reúne dos veces al año durante cinco días de reuniones técnicas, a las que asisten aproximadamente 1000 miembros (de alrededor de 2500). D02 tiene jurisdicción sobre 814 normas con un papel destacado en todos los aspectos relacionados con la normalización de productos derivados del petróleo y lubricantes, que se publican en el Libro Anual de Normas ASTM (Volúmenes 05.01 a 05.06).
 

Espectroscopia de infrarrojo cercano: una herramienta compatible con ASTM para evaluar la calidad de los productos petroquímicos

La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) ha sido un método establecido para el control de calidad rápido y confiable dentro de la industria petroquímica durante más de 30 años. Sin embargo, muchas empresas aún no consideran de manera consistente la implementación de NIRS en sus laboratorios de QA/QC. Los motivos pueden ser una experiencia limitada con respecto a las posibilidades de aplicación o una duda general sobre la implementación de NIRS como tecnología alternativa.

Muchas empresas no saben que ahora existen muchas normas ASTM sobre cómo implementar la espectroscopia NIR como alternativa a los métodos convencionales. Varias pautas de ASTM relacionadas con NIRS se muestran en Figura 1.

ASTM E1655 (análisis NIR cuantitativo de desarrollo de métodos) y ASTM E1790 (análisis NIR cualitativo de desarrollo de métodos) son aplicables para todas las industrias (por ejemplo, polímero, química, petroquímica, etc.).

ASTM D6122 (validación del método), ASTM D8321 (desarrollo y validación de análisis multivariante), y ASTM D8340 (calificación de desempeño) son dedicada a la industria petroquímica. Estos tres estándares se publicaron recientemente en 2020 y la norma ASTM D8340 se actualizó a fines de 2021.

Desarrollo de métodos

ASTM E1655: Prácticas estándar para el análisis cuantitativo multivariante infrarrojo

«Estas prácticas constituyen una guía para la calibración multivariante de espectrómetros infrarrojos utilizados en la determinación de las características físicas o químicas de los materiales. Estas prácticas son aplicables a los análisis realizados en la región espectral del infrarrojo cercano (NIR) (aproximadamente de 780 a 2500 nm).»
 

ASTM E1790: Práctica estándar para el análisis cualitativo del infrarrojo cercano

«Esta práctica cubre el uso de la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) para el análisis cualitativo de líquidos y sólidos. La práctica está escrita bajo el supuesto de que la mayoría de los análisis cualitativos NIR se realizarán con instrumentos diseñados específicamente para este propósito y equipados con algoritmos de manejo de datos computarizados.»

validación del método

ASTM D6122: Práctica estándar para la validación del rendimiento de espectrofotómetros infrarrojos multivariados en línea, en línea, de campo y de laboratorio, y sistemas analizadores basados en espectrómetros Raman

«Esta práctica cubre los requisitos para la validación de mediciones realizadas por laboratorio, campo o proceso (en línea o en línea) infrarrojo (analizadores de infrarrojo cercano o medio, o ambos) y analizadores Raman, utilizados en el cálculo de física, parámetros químicos o de calidad (es decir, propiedades) de los productos petrolíferos líquidos y de los combustibles.»

Estos requisitos incluyen los siguientes temas:

• Calibración del analizador
• Correlación de NIRS vs. método de laboratorio (muestras tratadas y no tratadas)
• Validación probatoria
• Generales y amp; Validación continua

Validación de resultados

ASTM D8321: Práctica estándar para el desarrollo y validación de análisis multivariados para su uso en la predicción de propiedades de productos derivados del petróleo, combustibles líquidos y lubricantes basados en mediciones espectroscópicas

«Esta práctica cubre una guía para la calibración multivariante de espectrofotómetros infrarrojos (IR) y espectrómetros Raman utilizados para determinar las propiedades físicas, químicas y de rendimiento de productos derivados del petróleo, combustibles líquidos, incluidos los biocombustibles, y lubricantes. Esta práctica es aplicable a los análisis realizados en la región espectral del infrarrojo cercano (NIR) (aproximadamente de 780 nm a 2500 nm).»

El propósito principal de este estándar es establecer la validez de los resultados de las pruebas durante la calibración.
 

ASTM D8340: Práctica estándar para la calificación basada en el rendimiento de los sistemas de analizadores espectroscópicos

«Esta práctica cubre los requisitos para establecer la calificación basada en el rendimiento de los sistemas analizadores espectroscópicos vibracionales destinados a ser utilizados para predecir el resultado de la prueba de un material que sería producido por un Método de prueba primario (PTM) si el mismo material es probado por el PTM. »

Además, incluye los requisitos prescriptivos con respecto a los modelos multivariados, incluida la regresión lineal múltiple (MLR), los mínimos cuadrados parciales (PLS), la regresión de componentes principales (PCR), la validación cruzada y las estadísticas de valores atípicos, así como las consideraciones del instrumento.

Con respecto a la precisión requerida del método NIRS, el acuerdo esperado y los requisitos del usuario es que el error estándar de predicción para el valor NIRS debe ser igual o menor que la reproducibilidad del método de laboratorio.

Cumplimiento de la norma ASTM D8340 con NIRS DS2500 Petro Analyzer y Vision Air
Estabilidad de la temperatura, apartado 5.4:

Hay requisitos prescriptivos incluidos en esta norma con respecto a la estabilidad de la temperatura del analizador NIRS. La Sección 5.4 requiere que la temperatura de la muestra se controle cuidadosamente en el hardware del sistema del analizador o que los efectos del cambio de temperatura se compensen en el modelado o el software. La solución de Metrohm a este problema para el Analizador de petróleo NIRS DS2500 se muestra en Figura 2.

Obtenga más información sobre las posibilidades del análisis petroquímico con los analizadores de petróleo Metrohm NIRS DS2500 en nuestro folleto gratuito.

Folleto: NIRS DS2500 Petro Analyzer

Exactitud y precisión de la longitud de onda del analizador, sección 6.3:

La Sección 6.3 requiere que el analizador incluya un medio para demostrar que está funcionando dentro de las especificaciones del proveedor. Por lo tanto, el analizador deberá incorporar pruebas de desempeño del instrumento para demostrar que está operando dentro de los límites esperados históricamente. Además, el analizador deberá tener un medio para validar la precisión y exactitud de la longitud de onda/frecuencia. Además, la precisión de la longitud de onda debe ser suficiente para permitir la recopilación y el uso de espectros en la creación de un modelo multivariado que cumpla o supere las especificaciones del usuario. La precisión de la longitud de onda del analizador utilizado para la calibración y la precisión y reproducibilidad de la longitud de onda de analizador a analizador deben ser suficientes para permitir que los analizadores sean validados por Practice D6122. La solución de Metrohm a esto es la Software Vision Air se muestra en la figura 3.

Modelo multivariable global creado por el proveedor, sección 8.2.2:

El modelo multivariado puede ser el de un método de prueba estandarizado, un modelo multivariado global creado por el usuario/proveedor, o un modelo multivariado específico del sitio creado por el usuario. Un modelo multivariado global es uno desarrollado mediante el uso de muestras y datos que pueden representar materiales producidos en múltiples instalaciones o ubicaciones. Algunas ubicaciones pueden comenzar con un modelo global y agregarle una muestra específica del sitio. Ofertas Metrohm varias precalibraciones para el NIRS DS2500 Petro Analyzer, enumerados en Figura 4.

Descubra nuestra selección de precalibraciones NIRS disponibles para la industria petroquímica en nuestro folleto gratuito.

Folleto: Control de calidad de combustibles - Resultados rápidos con precalibraciones NIR

Estadísticas de valores atípicos, secciones 9.3, 9.4 y 9.5:

Los requisitos del manejo de valores atípicos se describen en estas secciones. La identificación y el manejo de valores atípicos es importante para el éxito de cumplir con esta práctica basada en el desempeño. Está permitido que la identificación y el manejo de valores atípicos sean realizados por el mismo software o por otro software utilizado para generar predicciones a partir de espectros. Para el análisis de una muestra con el fin de determinar los valores de las propiedades, el software indicará si el espectro se identifica como un valor atípico, según los criterios establecidos por el usuario. El análisis de la muestra puede indicar que no se alcanza el rendimiento esperado para una muestra identificada como atípica.

visión aire es el software universal de Metrohm para espectroscopia Vis-NIR. Vision Air responde a las necesidades únicas de cada tipo de usuario del instrumento. Ofrece interfaces específicas optimizadas para las tareas más comunes: simplificación de la medición de rutina, desarrollo de métodos, manejo de valores atípicos, y ambos gestión de datos e instrumentos. Vision Air también es compatible con software de terceros como Unscrambler (Figura 5).

Resumen

En la industria petroquímica, los requisitos típicos de la gerencia suelen ser que El control de calidad debe ser rápido, los costos de operación deben ser bajo, la retroalimentación debe ser rápido, y la operación debe ser a salvo.

Los requisitos típicos del usuario son que el análisis debe ser preciso y preciso, y la instrumentación debe ser fácil de usar, rápido, y a salvo.

La espectroscopia NIR cumple con todos estos requisitos, y como se muestra en esta serie de blogs, la tecnología está respaldada por varias pautas de ASTM para el desarrollo de métodos, la validación de métodos y la validación de resultados.

Al utilizar NIRS en la industria petroquímica, los fabricantes no solo mejoran la eficiencia de la detección y el control de calidad de los productos petroquímicos, sino que también se adhieren por completo a los estándares internacionalmente aceptados.

Otras entregas de esta serie

Este artículo de blog se dedicó al tema de Normas ASTM y cómo la espectroscopia NIR se puede utilizar como la herramienta de control de calidad ideal para la industria petroquímica/refinería. Otras entregas están dedicadas a:

• Descripción general de NIRS en la industria del petróleo
• Gasolina / Diésel / Combustible para aviones
• Gasolina de pirólisis (Pygas)
• Lubricantes

Tus conocimientos para llevar

Seminarios web gratuitos sobre espectroscopia bajo demanda de Metrohm