Hezké Vánoce a úspěšný nový rok 2016 vám přeje TRIGON PLUS

AKTUÁLNÍ INFORMACE Z CHEMICKÉHO PRŮMYSLU A LABORATORNÍ PRAXE – WWW.CHEMAGAZIN.CZ

6

ROČNÍK XXV (2015)

TÉMA VYDÁNÍ: KONTROLA A OCHRANA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ

Měření emisí VOC a CO v proudu odpadního plynu z výroby kyseliny akrylové Sorpční materiál na bázi organicky modifikovaného vermikulitu Stanovení TOC kyvetovými testy HACH

Charakterizace stabilizačních směsí pro polyolefiny pomocí disperzního Ramanova mikroskopu Charakterizace pšeničné slámy pro užití v biopalivech Identifikace povrchových kontaminantů

Hezké Vánoce a úspěšný nový rok 2016 vám přeje TRIGON PLUS

Fpage_6-2015_šedomodrá.indd 1

26.11.2015 16:35:07

Bez usilovné pracovitosti není ani talentů ani géniů. Dmitrij Ivanovič Mendělejev

příjemné 16

S

32.06

22

85

V

50.942

At

209.99

19

K

39.098

vánoční

& úspěšný nový 45

Rh 102.91

8

O

16.00

19

K

39.098

39

Y

88.906

HLAVIČKA

BEZPEČNĚ NEBEZPEČNÉ BezpečněSKLADUJTE skladujte nebezpečné Bezpečnost Bezpečnost Vnitřníprostor prostor Vnitřní Požárníodolnost odolnost Požární

The Best Solutions for Industry and Laboratories

Professional Storage and Handling of Hazardous Materials Jubilee Edition

Ochrana Ochranaobsluhy obsluhy ČSN ČSNEN EN14470-1 14470-1 OVER

1,700

PRODUCTS FOR INDUSTrY

››› Top QualiTY „MaDE iN GERMaNY“

800

OVER PRODUCTS FOR LaboraTorIES

››› oN-SiTE aDViCE

Jubilee Edition: 20 Years of Safety and Environmental Protection

www.merci.cz www.merci.cz Autorizované prodejní a servisní středisko produktů ASECOS

Autorizované prodejní a servisní středisko produktů ASECOS

Na přesnosti záleží → Řada speciálních plynů dle normy Euro 6 → Vysoce čisté plyny → Kalibrační plyny → Centrální rozvod plynů, odběrné armatury Redline www.linde-gas.cz www.linde-gas.sk

180x130 mm inz Chem 2015_Laborexpo_2.indd 1

Merci-Linde-Nicolet-Intertec.indd 3

9.11.2015 10:25:45

26.11.2015 16:13:36

FT-IR, FT-FAR, FT-NIR, FT-Raman Spektrometr Nicolet iS50 • Vyspělý software, inteligentní měřicí příslušenství • Vestavěné diamantové ATR mimo tradiční vzorkový prostor, do FAR-IR bez profukování či vakua • FT-Raman mikroskopie • Automatizace výměny děličů paprsků

Nikdy dříve zde nebyl infračervený spektrometr, který by poskytoval tolik informací o vzorku, za tak krátký časový interval a s takovou jednoduchostí ovládání.

FT-IR analyzátory plynů Nicolet iS50 a iS50R • Spektrální rozlišení: lepší než 0,09 cm-1 • Rychlost měření: až 95 spekter/s • Široký výběr plynových cel, analýza od ppb k procentům • Analýza produktů termického rozkladu materiálů

Více na www.nicoletcz.cz

OptiMass 9500 ICP-TOF-MS Najrýchlejšie simultánne ICP-TOF-MS

ˇ (Time of Flight s ortogonálnym urýchlovaním iónov)

Vysoké rozlíšenie a rýchly plne simultánny záznam celého hmotnostného spektra bez redukcie citlivosti a DL Možnosť prevádzať i retrospektívnu (spätnú) semikvantitatívnu analýzu, k dispozícii je vždy informácia o kompletnom izotopovom zložení vzorky Výrazne vyššia presnosť merania, najmä pri meraní izotopových pomerov

t aní

Veľmi vysoký výkon zaisťuje lacnú analýzu pri kompletnej multiprvkovej analýze ˇ

Pre získanie bližších informácii o ICP-TOF-MS alebo ďaľších produktoch nás prosím kontaktujte na nižšie uvedenej adrese.

ˇ

www.laboratornepristroje.sk INTERTEC®s.r.o., ČSA 6, 974 01 Banská Bystrica, Tel.: +421 48/415 4256, e-mail: [email protected], www.laboratornepristroje.sk

Merci-Linde-Nicolet-Intertec.indd 4

26.11.2015 16:13:37

OBSAH

Měření emisí VOC a CO v proudu odpadního plynu z výroby kyseliny akrylové . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 JECHA D., BRUMMER V., SKRYJA P., STEHLÍK P.

Číslo 6, ročník XXV (2015) Vol. XXV (2015), 6 ISSN 1210 – 7409 Registrováno MK ČR E 11499 © CHEMAGAZÍN s.r.o., 1991–2015 Dvouměsíčník přinášející informace o chemických výrobních zařízeních a technologiích, výsledcích výzkumu a vývoje, laboratorních přístrojích a vybavení laboratoří. Zasílaný ZDARMA v ČR a SR. Zařazený do Seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR, Chemical Abstract a dalších rešeršních databází. Vydavatel: CHEMAGAZÍN s.r.o. Gorkého 2573, 530 02 Pardubice Tel.: 603 211 803, Fax: 466 414 161 [email protected] www.chemagazin.cz Šéfredaktor: Dr. Ing. Petr Antoš Ph.D. T: 725 500 826 [email protected] Redakce, výroba, inzerce: Tomáš Rotrekl T: 603 211 803 [email protected] Odborná redakční rada: Cakl J., Čmelík J., Kalendová A., Kuráň P., Lederer J., Rotrekl M., Rovnaníková P., Šimánek V. Tisk: Tiskárna Rentis s.r.o., Pardubice. Dáno do tisku 27. 11. 2015 Distributor časopisu pro SR: INTERTEC s.r.o., ČSA 6, 974 01 Banská Bystrica, SK www.laboratornepristoje.sk

Výsledky testů poloprovozní jednotky katalytické oxidace s pevným katalytickým ložem Pt-Pd/Al2O3.

Sorpční materiál na bázi organicky modifikovaného vermikulitu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 PLACHÁ D., MIKESKA M., SIMHA MARTYNKOVÁ G.

Charakteristika, vlastnosti a studium organicky modifikovaného vermikulitu – vysoce účinného sorpčního materiálu, který je velmi dobrou alternativou k aktivnímu uhlí.

Použití plamenové atomové spektrometrie (AAS, AES) a gravimetrie pro kontrolu kvality a zajištění metrologické návaznosti vodných jednoprvkových kalibračních roztoků ASTASOL® pro alkalické kovy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 ARTÝSZKOVÁ J., WEISSEROVÁ D., SYCHRA V.

V příspěvku jsou podrobněji diskutovány možnosti instrumentální metody, a to plamenové atomové spektrometrie pro kontrolu kvality a zajištění návaznosti vodných jednoprvkových kalibračních roztoků ASTASOL® pro alkalické kovy a výsledky jsou konfrontovány s údaji získanými gravimetricky.

Stanovení TOC kyvetovými testy LCK385 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 TEPLÍČEK L.

Zkušenosti se stanovením TOC prostřednictvím kyvetových testů dodávaných firmou Hach.

Analýza pitné vody – rychle, chytře a zcela automaticky . . . . . . . 24 MAREČEK R.

Zkušenosti s Thermo Scientific iCAP Q ICP-MS spojeném s ESI autosamplerem prepFAST jako vhodnou sestavou pro sledování vzorků v oblasti kontroly životního prostředí a zejména pitné vody.

Charakterizace stabilizačních směsí pro polyolefiny pomocí disperzního Ramanova mikroskopu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 VELVARSKÁ R., FIEDLEROVÁ, M., ŠTĚPÁNEK K.

Prověření využití Ramanovy spektrometrie pro charakterizaci 7 originálních stabilizačních směsí a jejich 13 čistých složek.

Charakterizace pšeničné slámy pro užití v biopalivech . . . . . . . . 30 KLIMOVIČ M.

Pomocí techniky dynamické sorpce par, za použití přístroje DVS od společnosti Surface Measurement Systems, byly charakterizovány dva vzorky pšeničné slámy.

Zaměřeno na nulovací plyny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 HARRISON S.

Autor popisuje situaci s akreditací výroby nulovacích plynů ve společnosti Linde Gas. INZERTNÍ SEZNAM

Náklad: 3 400 výtisků Uzávěrky dalších vydání: 1/2016 – Tepelné procesy (uzávěrka: 8.1. 2016) 2/2016 – Kapaliny (uzávěrka: 3. 3. 2016) CHEMAGAZÍN – organizátor veletrhu LABOREXPO a KONFERENCE PIGMENTY A POJIVA a mediální partner veletrhů MSV, ACHEMA a dalších.

TRIGON PLUS – PF 2016 ...................... 1 PRAGOLAB – PF 2016 .......................... 2 MERCI – Bezpečnostní skříně................ 3 LINDE – Speciální plyny ......................... 3 NICOLET CZ – Spektrometr................... 4 INTERTEC – ICP-TOF-MS...................... 4 P-LAB – Chemikálie pro Life Science..... 7 HENNLICH – Trysky ............................. 11 ANALYTIKA – Referenční materiály ... 19 HACH – Laboratorní přístroje ............... 22 TRIGON PLUS – Digestoře .................. 23 ENVITECH – Analyzátory znečištění ovzduší .................................................. 23

CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

Obsah_6-15.indd 5

GOLDMAN WATER – Úpravny vody ... 26 PRAGOLAB – Analyzátory částic ........ 37 CHROMSPEC – Suché vývěvy............. 41 UNI-EXPORT INSTRUMENTS – Analyzátor SIMS................................. 41 PRAGOLAB – ICP, ICP-MS, AA ......... 41 DENIOS – Sklady nebezpečných látek 45 ČSPCH – ICCT konference .................. 57 ČSCH – 68. sjezd chem. spol. .............. 58 VELETRHY BRNO – MSV 2016 .......... 59 MERCK – Zařízení na přípravu laboratorní vody..................................... 60

5

26.11.2015 16:34:02

EDITORSKÝ SLOUPEK

ÚSPĚŠNÝ VELETRH A KONFERENCE „Z DÍLNY“ ČASOPISU CHEMAGAZÍN CHEMAGAZÍN není již posledních 10 let vnímán pouze jako časopis pro více než 3 tisíce čtenářů u nás a na Slovensku, ale také jako organizátor veletrhu LABOREXPO a Konference pigmenty a pojiva. Obě tyto události proběhly během letošního podzimu a rád bych se s vámi podělil o jejich krátké zhodnocení, které může být zároveň pozvánkou k účasti na dalších ročnících. VII. ročník veletrhu analytické, měřicí a laboratorní techniky – LABOREXPO se uskutečnil ve dnech 23. a 24. září v Kongresovém centru Praha. Od předchozích ročníků se odlišoval především rekordním počtem vystavovatelů i velikostí veletržní plochy a větší nabídkou doprovodného programu. Své produkty a vybavení pro laboratoře zde představilo 94 firem – výrobců a distributorů, kteří v součtu nabídli laboratorní přístroje, spotřební materiál, vybavení a chemikálie více než 700 světových výrobců. Veletrh současně nabídl více zábavy. Například v podobě „živých laboratoří“ ať již u stánků vystavovatelů nebo na volné ploše před budovou Kongresového centra. Návštěvníci tak měli možnost nechat si například otestovat své vzorky v přistavené mobilní laboratoři, zažít ohňovou show nebo pokusy s tekutým dusíkem. Nezapomnělo se ale ani na jeden z nejdůležitějších cílů veletrhu, kterým byla prezentace novinek a moderních analytických metod. Mnozí vystavovatelé proto během veletrhu představili světové novinky využívající moderní know-how. Jednalo se především o Ramanovské spektrometry, které se během posledních let staly skutečným hitem jak v laboratorní tak i v on-site analýze. Další významné technologické pokroky bylo možné vysledovat i v zobrazovacích a chromatografických metodách, kde dochází ke stále větší rychlosti, resp. ještě vyšší účinnosti a přesnosti analýz. Rostoucí automatizace a spojování analytických systémů do robustních celků zvětšují možnosti jejich uplatnění ve stále větší šíři vědních oborů. I díky těmto pokrokovým technologiím představeným na veletrhu lze nyní mimo jiné vyvíjet další nové materiály a nová účinná léčiva nebo přesněji analyzovat životní prostředí či výrobní procesy.

sami vystavovatelé představili nové trendy v organické a anorganické analýze, nové MS/ MS systémy, HPLC, ICP-MS metody nebo in-line techniky a procesní analýzy. I díky celé této nabídce navštívilo během dvou dnů okolo 1 200 návštěvníků. Neméně úspěšnou akcí pořádanou redakcí časopisu CHEMAGAZÍN, na které spolupracuje s Ústavem chemie a technologie makromolekulárních látek Fakulty chemicko-technologické Univerzity Pardubice, byla Konference pigmenty a pojiva. Její letošní v pořadí již osmý ročník, organizovaný však časopisem teprve na podruhé, se uskutečnil ve dnech 2. a 3. listopadu v krásném prostředí Železných hor v konferenčním centru hotelu Jezerka na Ústupkách u sečské přehrady. Tato akce je již tradičně zaměřena na výrobu, charakterizaci a použití anorganických i organických pigmentů a pojiv, zejména v nátěrových hmotách a přípravcích pro povrchové úpravy. Konference se letos zúčastnil v podstatě stejný počet účastníků jako v roce loňském, tj. 163. Také jejich složení bylo obdobné. Z akademického prostředí se zúčastnilo 18 pracovníků nebo posluchačů doktorského studia – převážně z Ústavu chemie a technologie materiálů Fakulty chemicko-technologické Univerzity Pardubice, a dále z výzkumného centra - Nové technologie Západočeské univerzity v Plzni, Strojnické fakulty Technické univerzity v Košicích a Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně. Akademici přednesli téměř polovinu přednášek (celkem 11) a byli autory všech posterových prezentací. Výrobců pigmentů, pojiv a aditiv se zúčastnilo 35 a prodejců (dovozců) surovin či obchodních zástupců bylo na konferenci celkem 52. Množství posluchačů doplnili výrobci nátěrových hmot a přípravků pro povrchové úpravy – celkem 42. Z výzkumných ústavů a institucí podobného charakteru, zabývajících se technickou činností nebo poraden-

stvím v oboru povrchových úprav a organických povlaků, se zúčastnilo 17 pracovníků. Z pohledu národnostního složení byla převažující část posluchačů z českých zemí, ze zahraničí přijelo 19 účastníků, a to ze Slovenska, Německa, Rakouska, Polska, Rumunska a Velké Británie. Předneseno bylo celkem dvacet tři přednášek. Posterových prezentací bylo vyvěšeno celkem deset. Co se týká zaměření příspěvků, bylo pět příspěvků z oblasti chemie pojiv, pět z oblasti aditiv. Nejvyšší počet příspěvků (13) se týkal pigmentů a plniv (devět příspěvků anorganické pigmenty a čtyři příspěvky organické pigmenty). Tři příspěvky byly z oblasti fotokatalýzy, převážně se týkaly fotokatalytických účinků titanové běloby, tedy opět pigmenty. Šest příspěvků se zabývalo úpravou a předúpravou povrchu, testováním povlaků a analytikou. Úvodní zvanou přednášku přednesl profesor Radim Hrdina z Ústavu organické chemie a technologie, FChT, Univerzity Pardubice na téma „Nové perspektivy funkčních pigmentů“, ve které se zaměřil na požadavky kladené na budoucí typy pigmentů ve ztížených klimatických podmínkách v důsledku biologické a korozní zátěže. Více než polovinu přednášek tvořily přednášky zaměřené na pigmenty, převážně anorganické, z nichž dominovala díky silné účasti z Prechezy a.s. titanová běloba. Zvýšil se počet příspěvků věnovaný pojivům nátěrových hmot. S potěšením lze říci, že VIII. konference pigmenty a pojiva byla účastníky velice pozitivně přijata, přičemž byla ceněna jak odborná tak i společenská část jejího programu sponzorovaná společností Synthesia, a v neposlední řadě i špičkové zázemí hotelu Jezerka. Věříme proto, že se s většinou zúčastněných shledáme i v příštím roce. Petr ANTOŠ, šéfredaktor [email protected]

Obr. – Fotografie z veletrhu LABOREXPO 2015

O prezentace výsledků výzkumů týmů a představení různých center excelence se v rámci veletrhu postarala LABOREXPO KONFERENCE, která nabídla 14 přednášek předních domácích vědců. Její program byl připraven ve spolupráci s ČSCh, ČSBMB a ÚOCHB AV ČR a nabídl pohled na výzkum a vývoj nanomateriálů, léčiv a biomarkerů, studium redoxních dějů a biomolekul nebo moderní metody využití spektrometrie, spektroskopie či magnetické rezonance. Odbornou náplň veletrhu pak doplnilo množství prezentací a seminářů, ve kterých

6

Technické novinky2.indd 6


26.11.2015 16:15:37

TECHNICKÉ NOVINKY

NEJVYŠŠÍ FLEXIBILITA PŘI SKLADOVÁNÍ NEBEZPEČNÝCH LÁTEK Systémové kontejnery DENIOS jsou flexibilní a můžou být variabilně přizpůsobeny skladovaným nebezpečným látkám. Integrovaná záchytná vana se postará o bezpečné zachycení případných úkapů nebezpečných látek. Pokud budou skladovány žíravé látky, měly by být použity záchytné vany z plastu nebo nerezu s patřičnou odolností. Pro skladování hořlavých látek jsou vhodné kontejnery s přirozeným větráním. Všechny systémové kontejnery jsou z důvodu optimalizace skladovacích míst přizpůsobené pro typizované druhy skladovaných nádob. Obr. – Vhodné pro skladování sudů a jiných nádob, DENIOS systémový kontejner

Systémové kontejnery DENIOS nabízí mnoho výhod: skladování většího množství nebezpečných látek na volném prostranství, minimalizaci investičních nákladů na skladovací místo, vybavení odpovídající daným druhům nádob, záchytné vany ve spodní skladovací rovině, skladování nejrůznějších látek veškerých tříd ohrožení vody – za předpokladu dodržení specifických skladovacích předpisů. Výrobní program systémových kontejnerů DENIOS v sobě skrývá vedle všeobecných výhod také mnoho detailních řešení: až 3 skladovací roviny nad sebou, jednostrannou obsluhu z přední strany, nebo dvojnásobnou konstrukční hloubkou pro oboustrannou obsluhu, vanové vložky pro skladování agresivních médií, posuvné, křídlové případně roletové dveře nebo plastové posuvné plachty, speciální tepelná izolace pro skladování látek citlivých na změnu teploty.

ÚSPORA ENERGIE A BEZKONKURENČNÍ MÍCHACÍ VÝKON Rotační tryskový mixér Alfa Laval efektivně zvládá mísení tekutiny a prášku, disperzi plynu a chemické čištění nádrže (CIP), přičemž zkracuje čas a snižuje náklady a spotřebu energie. V mnoha aplikacích toto zařízení poskytuje rychlejší a účinnější míchání než konvenční metody. Spojuje vysokou přesnost s minimální dobou míchání a až 50% snížením energetických nároků. Je založen na principu rotační tryskové hlavice a lze jej použít v nádržích o objemu 100 až 800 000 litrů. Obr. – Rotační tryskový mixér Alfa Laval

Rotační tryskový mixér je vybaven dvěma nebo čtyřmi tryskami a je umístěn pod hladinou kapaliny v nádrži. Kapalina se odčerpává z výpusti nádrže pomocí čerpadla a vnější smyčkou je hnána do mixéru. Jediný rotační tryskový mixér obstará všechny úkony v aplikacích, kde dochází k míchání kapaliny, disperzi plynu a rozptylu prášku, a navíc i k čištění. Nejsou přitom potřeba žádná další zařízení, což přináší výrazné úspory. »»www.alfalaval.cz

NOVÝ KATALYZÁTOR OD CLARIANTU PRO ODSTRAŇOVÁNÍ N2O Švýcarská firma Clariant oznámila výsledek nového vývoje v potírání škodlivých emisí oxidu dusného (N2O). Její nový katalyzátor EnviCat® N2O-S prokázal účinnost zejména při rozkladu N2O v sekundárních zařízeních kyseliny dusičné nebo při snižování vysokého obsahu N2O v plynných proudech z výroby kyseliny adipové.

DENIOS systémové kontejnery jsou konstruovány s přirozeným způsobem větrání. Díky sadě protipožárních doplňků, které si můžete objednat jako příslušenství, bude každý kontejner (s křídlovými nebo posuvnými dveřmi) při umístění dle platné legislativy vhodný na skladování hořlavých látek. Protipožárními doplňky je možné kontejner dovybavit i později. Díky tomu je možné najít vždy to správné řešení pro různé účely využití. K dispozici jsou různé typové řady a varianty.

Clariant dlouho nabízí katalyzátory pro regulaci emisí N2O. Obvykle existují dva způsoby pro snížení emisí N2O: sekundární a terciární. Nejúčinnější a nejefektivnější pro snižování emisí N2O je terciární snižování s řadou katalyzátorů EnviCat N2O. Tato nejnovější nabídka nabízí drop-in řešení pro zařízení určená k odstranění těchto škodlivých plynů ve střední fázi chemické výroby. Při zařazení katalyzátoru EnviCat N2O-S do výrobní linky kyseliny dusičné jsou emise N2O sníženy s konverzním poměrem vyšším než 90 %.

»»www.denios.cz

»»www.clariant.com


Technické novinky2.indd 7

7

26.11.2015 16:15:37

CHEMICKÉ INŽENÝRSTVÍ

MĚŘENÍ EMISÍ VOC A CO V PROUDU ODPADNÍHO PLYNU Z VÝROBY KYSELINY AKRYLOVÉ JECHA D., BRUMMER V., SKRYJA P., STEHLÍK P. Ústav procesního a ekologického inženýrství, Fakulta strojního inženýrství, VUT v Brně, [email protected] Z důvodu ověření funkčnosti nové technologie katalytické oxidace pro snižování těkavých organických látek (VOC) z proudu odpadního plynu z výroby kyseliny akrylové byla navržena poloprovozní jednotka katalytické oxidace s pevným katalytickým ložem Pt-Pd/Al2O3. Na této poloprovozní jednotce byl proveden dlouhodobý test zaměřený na stabilitu účinnosti odstranění VOC a zanášení pevného lože. Dále byly provedeny zátěžové testy katalyzátoru a otestovalo se chování katalyzátoru při startování jednotky. Dlouhodobý test prokázal správnost vybraného katalyzátoru a konstrukčního řešení technologického uspořádání. Toto řešení umožňuje snížit provozní náklady a dodržet předepsané emisní limity na VOC a CO. Návratnost investice nové technologie byla stanovena na 5 let. Zátěžový test prokázal, že jednotka může být přetížena větším průtokem plynu, aniž by byly překročeny emisní limity. Z provozních podmínek je velice důležitý vliv průtoku odpadního plynu a koncentrace kyslíku na konverzi VOC a CO. Výsledky těchto testů zajišťují optimální podmínky provozu pro pilotní zařízení i pro návrh finálního řešení. Bylo zjištěno, že různé koncentrace kyslíku a průtoku odpadního plynu mají zcela rozdílný dopad na konverzi VOC a CO. Výsledky zkoušek jednotlivých provozních parametrů a informace o najíždění pilotní jednotky jsou shrnuty v tomto příspěvku.

Úvod V posledních letech je trendem zpřísňování emisních limitů pro plynné znečisťující látky. Tento zájem je globálního aspektu a odráží se i do legislativy EU a jejich členských zemí. V rámci těchto legislativních změn jsou sledovány i emise VOC a CO [1]. Důvodem není jen nežádoucí vliv CO na fotochemické oxidační procesy, jehož produkty zhoršují stav životního prostředí, ale i jednotlivé sloučeniny organických látek (VOC), které jsou toxické a karcinogenní a mají negativní vliv na zdraví člověka a životní prostředí [2] i při přesunu do atmosféry [3]. Plynné odpadní plyny s obsahem VOC jsou vyráběny především průmyslovou činností. Pokud produkci plynů se znečisťujícími látkami nelze snížit primárními opatřeními je nutné přijmout sekundární opatření, která zajistí splnění emisních limitů. Těkavé organické látky (VOC) se vyskytují převážně v průmyslu zpracování organického materiálu, např. různá chemická rozpouštědla, paliva, čisticí prostředky, barvy atd. [4]. Momentive Speciality Chemicals je chemický výrobní závod, který vyrábí produkty kyseliny akrylové, jejich esterů a akrylových polymerů. Mimo jiné jsou při výrobě vytvářeny odpadní plyny s obsahem VOC a jiných znečisťujících látek. V areálu společnosti jsou nyní dvě spalovny plynných a kapalných odpadů, které likvidují odpady z chemické výroby. Ve spalovnách jsou zpracovávány odpadní vody, destilační zbytky a několik druhů odpadních plynů. Protože tyto jednotky spotřebovávají velké množství zemního plynu, je jejich provoz velice ekonomicky náročný. To je důvod, proč vedení společnosti hledá nové technologie, které by byly ekonomicky méně náročné a splňovaly přísné emisní limity pro dané znečišťující látky. V našem sledovaném případě bylo navrženo, aby spalovna na plynné odpadní plyny byla nahrazena reaktorem s katalytickým ložem. Katalytická oxidace je moderní varianta termické oxidace, kde se využívá katalyzátoru, aby bylo dosaženo nižší teploty spalovacího procesu [5]. Možnost použití katalytické oxidace závisí na vstupní koncentraci VOC a množství zpracovávaného plynu. Nižší koncentrace VOC je vhodnější pro katalytickou oxidaci než pro termickou oxidaci. Jestliže je možné dosáhnout stabilního toku odpadního plynu s optimálním rozmezím koncentrací VOC, může reaktor s katalytickou oxidací dosáhnout velice zajímavých ekonomických výsledků při dodržení vysoké účinnosti odstranění VOC [6].

Technologie a měření Stávající technologické uspořádání a napojení pilotní jednotky Stávající uspořádání technologie s vyznačením místa připojení pilotní jednotky je znázorněno na obr.1. Daný proces zpracování odpadního plynu začíná předehřátím odpadního plynu (PVG) ve výměníku tepla 2E-632. Před vstupem do spalovací komory 2F-630

8

VUT_Jecha.indd 8

je do odpadního plynu PVG přidáván sekundární odpadní plyn VG. Dále do spalovací komory vstupuje zemní plyn (FG) a spalovací vzduch (CA). Spaliny vytvořené spálením směsi předávají své teplo do několika tepelných výměníků. Ve výměnících 2E-630 a 2E-631 je vyráběna nízkotlaká nasycená a středotlaká předehřátá pára. Před vstupem do komína předají ještě spaliny teplo odpadnímu proudu PVG ve výměníku 2E-632. Obr. 1 – Technologické schéma stávající technologie s připojením pilotní jednotky

Stanovení vlastností odpadního plynu a dalších důležitých provozních parametrů Před samotným návrhem a zprovozněním pilotní jednotky byly určeny vlastnosti odpadního plynu. Výsledky měření jsou uvedeny v tabulce 1. Během provozních testů a zkoušek najíždění reaktoru bylo sledováno několik parametrů: tlaková ztráta katalytického lože, vstupní tlak odpadního plynu, průtok chladicího vzduchu, vstupní a výstupní teplota, všechny tyto hodnoty byly zaznamenávány on-line, další parametry o procesu byly převzaty z velínu technologie. V proudu odpadního plynu byly sledovány koncentrace O2, CO, CO2, SO2, NOx a VOC na vstupu i výstupu z pilotní jednotky. Koncentrace VOC byly stanovovány pomocí FID analyzátorů. Celková koncentrace na vstupu se pohybovala v rozmezí 6 000–10 000 mg TOC/mN3 ve vlhkém plynu. Obsah O2, CO, CO2 atd. byl měřen pomocí IR analyzátorů. Průtok odpadního plynu byl vypočten na základě tlakové diference na cloně, tlaku a teploty před clonou. Popis pilotní jednotky s katalytickou oxidací Pilotní jednotka byla odvozena z nově navržené plně-provozní technologie. Schéma pilotní jednotky s měřením a regulací je znázorněno na obr. 2. Pro průmyslové odstranění VOC pomocí katalytické oxidace se nejvíce používají katalyzátory s Pt a směsné katalyzátory Pt-Pd [7]. Výrobce katalyzátorů na základě složení odpadního plynu doporučil použít katalyzátor Pt-Pd/Al2O3 EnviCat VOC-5565 ve formě kuliček velikosti 4–6 mm. Katalyzátory s obsahem drahých kovů mají obvykle nižší aktivační teplotu [8]. Další výhoda spočívá v lepší oxidaci organických látek až na finální produkty CO2 a H2O s menším množstvím vedlejších produktů [5,9] než při použití katalyzátorů s oxidy přechodných kovů. CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:16:45


Tab. 1 – Složení procesního odpadního plynu (vlhký plyn)

Výsledky a diskuse Najíždění pilotní jednotky

Složení procesního odplynu PVG (vlhký plyn) Složení

N2, H2O [obj. %]

VOC [vppm]

VOC [mg TOC/ mN3]

CO, CO2, O2 [obj. %]

O2

3,58

[obj. %] 3,57

N2

63,57

63,57

H 2O

31,10

31,10

Kyselina akrylová (AA)

558

897

0,06

CO

0,52

0,52

CO2

0,52

0,52

Kyselina octová (ACA)

1295

Propylen

1058

1701

0,11

Propan

1108

1781

0,11

Formaldehyd (FAL)

2763

1480

0,28

Akrolein (ACR)

318

511

0,03

7100

7759

SUMA

94,67

1388

Teplota

73 °C

Absolutní tlak

106,325 kPa

Průtok

18280 mN3/h

0,13

4,62

100,00

Obr. 2 – Schéma pilotní jednotky katalytické oxidace s měřením a regulací

Katalytické lože bylo rozděleno v poměru 1:3. Celková výška katalytického lože byla 200 mm, nad každým katalytickým ložem byla uložena inertní vrstva Raschigových kroužků o výšce 100 mm. Mezi jednotlivá lože byl instalován přívod tlakového vzduchu, kterým byla řízena výstupní koncentrace kyslíku v odpadním plynu a v případě vyšších koncentrací VOC byla snižována teplota na druhém stupni katalytického lože.

Najíždění pilotní jednotky reaktoru bylo celkem testováno čtyřikrát, z toho jednou bylo testováno najíždění reaktoru s již předehřátým ložem katalyzátoru. Najíždění reaktoru, který nebyl předehřát, trvalo přibližně 1 hodinu 30 min a výstupní teplota vystoupala nad 600 °C. Prudký pokles výstupních koncentrací znečisťujících látek VOC a CO byl zaznamenán již po 15–20 minutách od počátku najíždění. Pro najíždění s předehřátým ložem bylo lože předehřáto na 300 °C. Při spuštění pilotní jednotky s předehřátým ložem katalyzátoru byl sledován prudký pokles výstupních koncentrací VOC a CO přibližně po 5 až 7 minutách. Celková doba testu s předehřátým ložem katalyzátoru trvala 40 minut. Na základě těchto poznatků je nutné, aby byl reaktor najížděn pouze s již předehřátým katalytickým ložem pomocí spalin, které budou vytvářeny v peci s hořákem na zemní plyn. Takto dojde ke zkrácení doby, po kterou budou vypouštěny znečišťující látky do ovzduší. Je nutné dodržet podmínku, aby odpadní plyn nebyl přiveden na ještě nepředehřátý katalyzátor (na minimální požadovanou teplotu 300 °C), jinak by hrozilo snížení konverze katalyzátoru. V případě pilotní jednotky bylo obtížné vytvořit jednoduché a zároveň bezpečné (nevýbušné) zařízení na předehřev katalyzátoru, proto musel být zvolen ohřev katalyzátoru odpadním plynem a muselo být počítáno s postupným snížením konverze pro dané znečisťující látky. Závislost sledovaných látek (VOC, CO, O2 a CO2) a teploty během testu s nepředehřátým ložem katalyzátoru jsou znázorněny na obrázku 3 a 4. Obr. 3 –- Trendy vstupních a výstupních koncentrací VOC a CO a teploty během najíždění jednotky bez předehřátého katalyzátoru

Obr. 4 – Trendy vstupních a výstupních koncentrací VOC a CO a teploty během najíždění jednotky s předehřátým katalyzátorem

Provozní parametry katalyzátoru EnviCat VOC-5565 jsou uvedeny v tabulce 2. Tab. 2 – Provozní parametry katalyzátoru EnviCat VOC-5565 Teplota nastartování oxidační reakce

290–340 [°C]

Minimální výstupní teplota z katalytického lože

550 [°C]

Maximální pracovní teplota katalyzátoru

680 [°C]

Prostorová rychlost pro dimenzování katalytického lože

10 000 [1/h]

Lineární rychlost pro dimenzování katalytického lože

0,56 [mN3/s]

Testy závislosti konverze katalyzátoru na provozních podmínkách

Měrná hmotnost katalyzátoru

600 [kg/m3]

Mezi prvními testovanými provozními veličinami byl průtok plynu. Sledovány byly vlastnosti odpadního plynu na pilotní jednotce


VUT_Jecha.indd 9

9

26.11.2015 16:16:47


při změně průtoku plynu. Průtok plynu reaktorem byl skokově navyšován. Při každé změně byla zaznamenána zvýšená teplota za reaktorem a zvýšena tlaková ztráta katalytického lože. Při zvýšení průtoku odpadního plynu byl sledován pokles konverze VOC a CO. Pokles konverze s rostoucím průtokem plynu byl výraznější u VOC než u CO. Závislosti účinnosti odstranění sledovaných znečisťujících látek na průtoku plynu v reaktoru jsou uvedeny na obr. 5. Uvedené regresní rovnice platí pouze pro měřený rozsah průtoku odpadního plynu. Obr. 5 – Závislost účinnosti sledovaných znečisťujících látek na průtoku odpadního plynu

Dalším sledovaným parametrem byla koncentrace kyslíku v odpadním plynu. Bylo měřeno, jak změna koncentrace kyslíku ovlivní konverzi sledovaných látek. Výrobce katalyzátoru doporučuje provoz technologie katalytické oxidace s přebytkem kyslíku tak, aby výstupní koncentrace v odpadním plynu za reaktorem byla 2 % obj. Koncentrace kyslíku byla měněna v závislosti na množství přidávaného tlakového vzduchu mezi katalytické vrstvy. Minimální koncentrace kyslíku byla dána stavem bez přidávání tlakového vzduchu. Závislosti účinnosti odstranění sledovaných látek na výstupní koncentraci kyslíku v suchém plynu jsou uvedeny na obr. 6 (regresní rovnice platí pouze pro měřený rozsah koncentrace kyslíku ve výstupním plynu). Obr. 6 – Závislost účinnosti sledovaných znečisťujících látek na koncentraci kyslíku (v suchém plynu) na výstupu z reaktoru

Na druhé straně vyšší koncentrace kyslíku přispívá ke zvýšení konverze CO. Křivka konverze CO v závislosti na koncentraci výstupního kyslíku je poměrně plochá, není tak velký rozdíl v konverzi CO v důsledku změny koncentrace kyslíku. Z technologického hlediska oxidačních reakcí je vhodné dodržovat koncentraci kyslíku v suchém plynu na výstupu z reaktoru v rozmezí 2,1 % až 3,1 % obj. pro dodržení nejlepší konverze CO a těkavých organických látek.

Závěry Na pilotní jednotce s katalytickou oxidací bylo testováno najíždění reaktoru, a to jak již s předehřátým katalytickým ložem tak bez předehřátí katalytického lože. Najíždění reaktoru bez předehřátého katalytického lože probíhalo přibližně 1 hodinu 30 minut, přičemž prudký pokles výstupních koncentrací znečisťujících látek VOC a CO byl zaznamenán již po 15–20 minutách. Najíždění s předehřátým katalytickým ložem trvalo přibližně 40 minut a prudký pokles výstupních koncentrací znečisťujících látek VOC a CO byl zaznamenán již po 5–7 minutách. V obou případech bylo dosaženo ustáleného stavu a výstupní teploty za reaktorem nad 600 °C. Pro realizaci nové technologie s katalytickou oxidací bude uvažováno s přítomností pece s hořákem na zemní plyn. Spaliny z pece budou použity pro předehřev katalytického lože na minimální požadovanou teplotu 300 °C, aby se zamezilo kontaktu studeného katalyzátoru a odpadního plynu, který by mohl způsobit trvalé snížení konverze sledovaných látek. Dále byl testován vliv různých provozních parametrů na konverzi sledovaných polutantů. Vliv průtoku odpadního plynu na účinnost odstranění znečisťujících látek nebyl stejný, zvýšení průtoku reaktorem mělo větší dopad na účinnost odstranění VOC než na CO. Změna konverze byla sledována i v závislosti na obsahu kyslíku ve výstupním plynu z reaktoru. Jakékoliv nad-stechiometrické zvýšení koncentrace kyslíku větší než 2 % obj. v suchém plynu mělo negativní vliv na konverzi VOC. Vhodná koncentrace kyslíku ve výstupním suchém plynu byla stanovena na 3,1 % obj. pro CO a 2,1 % obj. pro VOC. Vzhledem k tomu, že obtížněji se dodržují emisní limity pro organické těkavé látky než pro oxid uhelnatý, je nutné dodržovat katalytickou reakci s koncentrací kyslíku okolo 2,1 % obj. v suchém plynu (1,5% obj. ve vlhkém plynu), jak vyplývá z měření na pilotní jednotce. Poděkování: Tento článek vznikl v rámci projektu LO1202 za finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci Národního programu udržitelnosti I.

Literatura [1] Monks P.S., Granier C., Fuzzi S. et al., Atmospheric composition change – global and regional air quality, Atmos. Environ. 43, 5268-5350, 2009. [2] Meciarova L., Vilcekova S., Balintova M., Measurement of VOCs with a Portable GC/SAW Detector, Chem. Eng. Trans., 40, 283-288, 2014. [3] Koppmann R., 2007, Volatile organic compounds in the atmosphere. Blackwell Pub, Ames, Iowa. [4] Heck R., Farrauto R., Gulati, S., Catalytic air pollution control: commercial technology. 2nd ed. Wiley-Interscience, New York, New York, 2002. Bylo zjištěno, že zvýšení koncentrace kyslíku nepřispívá k zvýšení konverze VOC. Jedním z důvodů snížení koncentrace VOC mezi vrstvami katalyzátoru je zejména snížení teploty proudu plynu, což negativně ovlivňuje konverzi VOC. Bylo ověřeno, že pro oxidační reakci VOC v daném odpadním plynu je důležitější vyšší teplota plynu než podstatný nad-stechiometrický přebytek kyslíku. Z tohoto důvodu při překročení stechiometrického kyslíku vyššího než 2 % obj. dochází ke snížení konverze VOC.

10

VUT_Jecha.indd 10

[5] Tungatarova S.A., Zheksenbaeva Z.T., Abdukhalykov D.B., Baizhumanova T.S., 2014, Thermostable Polyoxide Catalysts of Complete Combustion of Methane or Biogas in the Catalytic Heat Generators, Chem. Eng. Trans., 39, 1279-1284. [6] Schnelle K., Brown, C. 2002. Air pollution control technology handbook. CRC Press, Boca Raton, Florida. [7] Hermia J., Vigneron S., Barton T., Jol I., Jansen I., Catalytic incineration for odour abatement and VOC destruction, Catal. Today 17, 209-215, 1993. CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:16:49


[8] Centi G., Supported palladium catalysts in environmental catalytic technologies for gaseous emissions, J. Mol. Catal. A: Chem. 173, 287-312, 2001. [9] Ojala S., Pitkäaho S., Laitinen T., Niskala K.N., Brahmi R., Gaálová J., Matejova L., Kucherov A., Päivärinta S., Hirschmann C., Nevanperä T., Riihimäki M., Pirilä M., Keiski R., 2011, Catalysis in VOC Abatement, Top. Catal. 54, 1224-1256, 2011.

Abstract MEASURING EMISSIONS OF VOC AND CO IN THE WASTE GAS STREAM FROM THE MANUFACTURE OF ACRYLIC ACID, Summary: The catalytic oxidation pilot unit with a fixed catalytic bed and Pt-Pd/Al2O3 catalyst was implemented before eventual full-scale use of the new catalytic oxidation technology for VOC abatement in the waste gas stream from

acrylic acid related production. The pilot unit was used for long-term test, stress test, start-up tests of the catalytic reactor and different technological conditions tests. The long term test proved that chosen catalyst and technological layout can lower operating costs and still meet emission limits for VOC and CO. The estimated payback period of given investment was under 5 years. The stress test showed that unit can be partially overloaded (gas flows exceeding design value). In technological conditions tests, impact of the different gas flow and oxygen concentration levels on conversions of VOC and CO was observed. Such tests can help find out the optimal operating conditions for both pilot plant and full scale plant. It was discovered, that impact of the different oxygen concentration levels and gas flows in quite different for the conversions of VOC and CO. Results of the technological conditions tests and start-up tests are summarised in this contribution. Key words: catalytic oxidation, VOC, CO, a fixed catalyst bed, the catalyst Pt-Pd / Al2O3

HENNLICH: NOVÉ TRYSKY PRO CHEMICKÝ PRŮMYSL Zcela nové trysky určené pro chemický průmysl představil odštěpný závod HYDRO-TECH společnosti HENNLICH. Jde o řadu kapalinových trysek série 490 s rozstřikem plného kužele. Tento zcela nový produkt byl vyvinut pomocí CFD modelování. Tomu odpovídá stabilní tvar paprsku neovlivněný tlakovou ztrátou na trysce a výrazně vyšší odolnost proti ucpání zásluhou nové vnitřní vestavby. Další novinkou je tryska pro čištění nádrží XactClean určená pro vyšší pracovní tlaky. Díky patentovanému řešení má tryska velmi silný a účinný paprsek. Zajímavou vlastností trysky jsou také kontrolované otáčky. „Naše společnost se stále více orientuje na dodávky pro chemický průmysl, který považujeme za jednu z našich priorit. Následujeme tak kroky celé skupiny HENNLICH, ale také snahu našeho německého partnera, firmy Lechler GmbH, prosadit se v chemických technologiích,“ vysvětluje product manager

Obr 1 – Rotační tryska pro čištění nádrží XactClean.

Obr. 2 – Nová generace trysek Lechler – série 490

pro trysky HENNLICH Martin Pavliska.

fikace nebo ochlazování. „Z tohoto důvodu jsme navázali partnerství s předními firmami v tomto oboru, společnostmi TENZA či I & C Energo,“ doplnil Martin Pavliska. Dodal, že výše zmíněné a mnohé další inovace, nápady a popisy aplikací pro chemický průmysl společnost shrnula ve speciální brožuře „Přesné trysky pro chemický průmysl“.

HENNLICH přitom nezůstává pouze u dodávek průmyslových trysek, ale stále více se zabývá také dodávkami celých technologií, především pro čištění odpadních plynů z chemické výroby, odsíření, denitri-


VUT_Jecha.indd 11

www.hennlich.cz/hydro-tech

11

26.11.2015 16:16:49

OCHRANA Ž.P.

SORPČNÍ MATERIÁL NA BÁZI ORGANICKY MODIFIKOVANÉHO VERMIKULITU PLACHÁ D., MIKESKA M., SIMHA MARTYNKOVÁ G. Centrum nanotechnologií a IT4 Innovations, VŠB-TU Ostrava, [email protected] Sorpční materiál na bázi organicky modifikovaného vermikulitu je materiál s vysokou účinností odstranění organických látek z kontaminovaných vod a plynů, zejména aromatických uhlovodíků, jejich derivátů, ropných látek a olejů. V případě aromatických uhlovodíků a jejich derivátů se účinnost sorpce zvyšuje s rostoucí hodnotou koeficientu oktanol-voda KOW. Materiál vykazuje inhibiční účinky vůči závažným bakteriálním kmenům Streptococcus agalactiae, Staphylococcus aureus a Yersinia pestis. Je účinný i při odstraňování bojových chemických látek, zejména yperitu.

Úvod

Organicky modifikovaný vermikulit

Základní surovinou pro výrobu organicky modifikovaného vermikulitu je přírodní jílový minerál vermikulit ze skupiny planárních fylosilikátů typu 2:1. Jílové minerály jsou obecně známé schopností adsorbovat a imobilizovat znečišťující toxické látky. Pro tyto vlastnosti jsou v současnosti využívány především fylosilikáty skupiny smektitů, jejichž hlavním zástupcem je montmorillonit, který se v přírodě vyskytuje samostatně a zároveň tvoří podstatnou složku známé horniny bentonit. Montmorillonit i bentonit jsou využívány v řadě průmyslových aplikací, např. v ochraně životního prostředí pro těsnění skládek odpadů, pro stabilizaci kalů, ve stavebnictví pro hydroizolaci staveb, v potravinářství a živočišné výrobě, v lékařství jako sorbent v trávicím traktu, ve slévárenství atd. [1].

Výměnou původních anorganických kationtů v mezivrství za organické kationty typu kvartérních amoniových, pyridiniových, fosfoniových nebo sulfoniových solí dochází ke změně vlastností vermikulitu, podobně jako u smektitů. Zejména se mění schopnost interakcí ve vodném prostředí, kdy se snižuje bobtnání při styku s vodou, mění se hydrofilní vlastnosti na hydrofobní a snižuje se povrchové napětí pro organické molekuly. Pro modifikace se používají obvykle organické kationty obsahující alespoň jeden dlouhý uhlovodíkový řetězec (dodecylové, oktadecylové nebo hexadecylové řetězce) [2, 3, 7, 8].

Přírodní vermikulit má podobné vlastnosti i strukturu jako montmorillonit. Je hydrofilní, má charakteristickou kationtovou výměnnou kapacitu, má velký specifický povrch, vykazuje sorpční vlastnosti vůči polárním molekulám a při styku s vodou bobtná [1, 2]. Vyznačuje se vrstevnatou strukturou, kdy vrstva je tvořena dvěma dvourozměrnými sítěmi tetraedrů [SiO4]4-, s možnou substitucí Si za Al. Mezi sítěmi tetraedrů je umístěna síť oktaedrů s obecným vzorcem [MA]6- (obr. 1), M ve vzorci je centrální atom oktaedrů, převážně Al, který však může být substituován jinými atomy, např. Fe3+, Fe2+, Mg, Ca nebo Ti. Symbol A ve vzorci oktaedrů představuje anion, kromě O2- se v oktaedrech vyskytují i OH-, Cl- nebo F-. Díky substitucí centrálních atomů Si4+ a Al3+ jinými kationty (Fe2+, Fe3+, Mg2+ aj.) vzniká na jednotlivých vrstvách negativní náboj, který je kompenzován přítomností různých kationtů a hydratovaných kationtů alkalických kovů a kovů alkalických zemin (Na+, K+, Ca2+, Mg2+) v mezivrstevném prostoru. Mezivrstevné kationty jsou vyměnitelné s okolím a tato vlastnost je vyjádřena kationtovou výměnou kapacitou, která u vermikulitu dosahuje hodnot 80–150 mmol/100 g [1–5]. Obr. 1 – Model dvou vrstev a mezivrstevného prostoru přírodního vermikulitu. T je tetraedr, O je oktaedr (autor J. Tokarský, Material Studio Accelrys)

Hlavní oblasti využití vermikulitu je tzv. exfoliovaný vermikulit, který vzniká při zahřátí přírodního vermikulitu na vysokou teplotu 700–900 °C. Exfoliovaný vermikulit je využíván ve velké míře ve stavebnictví, jako izolační, protipožární a zvukotěsný materiál, v zemědělství a zahradnictví, jako obalový materiál apod. Z hlediska ekonomického se jedná o velmi levný materiál, v přírodě snadno dostupný, netoxický a velmi perspektivní z důvodu velkého množství možných aplikací. Velká naleziště vermikulitu se nacházejí v Jihoafrické republice, v Brazílii, Bulharsku, Číně, Indii, Rusku a v Keni. V České republice se vyskytuje pouze místně, např. v oblasti Letovic na jižní Moravě, naleziště není technologicky využíváno [1, 6, 7].

12

Plachá_Vermikulit.indd 12

Obr. 2 – Model vrstvy a mezivrství vermikulitu interkalovaného hexadecyltrimetylamoniovými kationty (Autor: G.Simha Martynková, Material Studio Accelrys) [4]

Uhlovodíkové řetězce v mezivrství vytvoří organickou fázi umožňující interakce s organickými nepolárními látkami. Sorpční kapacita a sorpční mechanismus závisí na typu organického kationtu použitého k modifikaci. Kationty s krátkými uhlovodíkovými řetězci (tetrametyl- nebo tetrabutylamoniový kation) tvoří organicky modifikovaný minerál s vysokou adsorpční schopností a kompetitivní adsorpcí. Tyto organické kationty jsou v mezivrstevném prostoru vzájemně izolovány a obklopeny siloxanovým povrchem bez náboje, který tvoří adsorpční místa pro neutrální organické molekuly. Organické kationty s 1–2 dlouhými řetězci (např. hexadecyltrimetylamoniový nebo dioktadecyldimetylamoniový) vytváří modifikovaný vermikulit, u kterého sorpční proces probíhá na rozdělovacím principu, protože dlouhé uhlovodíkové řetězce vytvářejí v mezivrství anorganické matrice hydrofobní prostředí pro nepolární organické látky (obr. 2). Obecně platí, že modifikace kationty s krátkými řetězci je vhodná pro látky s nižším KOW, modifikace kationty s dlouhým řetězcem umožňuje sorpce látek s vyšší hodnotou KOW [6]. Příprava organicky modifikovaného vermikulitu je jednoduchá iontová výměna, která se obvykle provádí ve dvou stupních. V prvním stupni se připraví sodná forma vermikulitu, kdy původní anorganické kationty jsou vyměněny za sodné kationty v roztoku CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:18:36

OCHRANA Ž.P.

chloridu sodného o potřebné koncentraci za zvýšené teploty. Sodná forma po důkladném promytí destilovanou vodou je smíchána s vodným roztokem organického kationtu. Při zahřátí na cca 60 °C dochází k výměně sodných kationtů za organické. Modifikace vermikulitu může probíhat do různého stupně, dle hodnot kationtové výměnné kapacity, může být vyměněno 10–100 % sodných kationtů. U materiálů určených pro sorpci látek z vodného prostředí bylo zjištěno, že optimální je cca 10–20% výměna anorganických kationtů [2–4]. Příprava organicky modifikovaného vermikulitu je chráněna národním patentem [5].

k částečnému bobtnání a uvolňování nejjemnějších částic modifikovaného vermikulitu obsahujících organický kation do okolí [2].

Organicky modifikované vermikulity stejně jako organicky modifikované smektity, mohou být použity nejen jako sorpční materiály, ale i v řadě jiných aplikací, např. pro přípravu rheologických činidel, barevných pigmentů, nosičů pesticidů, látek s antibakteriálními účinky apod. [1].

Stabilita HDTMA a HDP vermikulitu byla testována ve vodných roztocích o různém pH od 1–14. HDTMA vermikulit vykazoval výbornou stabilitu v celém rozmezí testovaného pH, mírné změny nastaly pouze v roztoku o pH 1, v případě HDP vermikulitu docházelo k vyluhování organických kationtů z mezivrství v roztocích o pH 1, 2 a 12, 14. V případě extrémních hodnot pH je vhodnější využití strukturně jednodušších organických kationtů [10].

Metody charakterizace organicky modifikovaného vermikulitu Základní metodou, která se používá pro důkaz interkalace organických kationtů do mezivrstevného prostoru vermikulitu je prášková RTG difrakční analýza (XRD), při které se určují změny hodnot, intenzity a tvaru bazální mezirovinné vzdálenosti d001 před a po modifikaci vermikulitu. Přítomnost organických kationtů s delším uhlovodíkovým řetězcem se na RTG záznamu projeví výrazným zvýšením mezirovinné vzdálenosti, které je dáno množstvím interkalovaných kationtů do mezivrství (obr. 3). Je-li výměna nízká, kationty se ukládají v mezivrství v mono-, v bimolekulární nebo pseudotrimolekulární vrstvě, je-li vysoká, ukládají se v určitém úhlu k silikátové matrici (obr. 2) [7, 8]. Obr. 3 – RTG záznam vermikulitu přírodního (Mg-VER), vermikulitu v sodné formě (Na-VER), vermikulitu modifikovaného hexadecyltrimetylamoniovými kationty (HDTMA) a hexadecylpyridiniovými kationty (HDP) [4]

Další metodou pro charakterizaci modifikovaných vermikulitů je infračervená spektrometrie FTIR, kdy charakteristické absorpční pásy uhlíkatých řetězců, případně pyridiniového cyklu, prokáží přítomnost organické fáze ve striktně anorganické matrici. Metoda stanovení celkového organického uhlíku (TOC) stanoví obsah organického uhlíku v modifikovaném vermikulitu a potvrdí stupeň dosažené iontové výměny. Skenovací elektronová mikroskopie (SEM) potvrdí vizuálně změny ve struktuře vermikulitu, které jsou tím výraznější, čím je více organických kationtů v mezivrství [2–4].

Vlastnosti organicky modifikovaných vermikulitů Organicky modifikovaný vermikulit je organicko-anorganický komplex, který se vyznačuje vysokou stabilitou i ve vodném prostředí, organické kationty jsou v mezivrství pevně ukotveny, jestliže dochází k uvolňování organického kationtů do okolního prostředí, není to obvykle samotný kation, nýbrž dochází při interakci s vodou CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)


Vlastnosti byly sledovány zejména u vermikulitu modifikovaného hexadecyltrimetylamoniovými (dále HDTMA vermikulit) a hexadecylpyridiniovými (dále HDP vermikulit) kationty v různých množstvích kationtové výměny od 20 do 100 %. Teplotní stabilita je potvrzena až k teplotám 80 °C, vyšší teploty nad 200° C vedou k úniku organické fáze, případně k její karbonizaci na povrchu vermikulitu. Teploty nad 800 °C vedou k degradaci organické fáze a přeměně vermikulitové matrice na jiné krystalické fáze [9].

Testování sorpční účinnosti HDTMA a HDP vermikulitů bylo provedeno v řadě pokusů, a to jak metodou vsádkové, tak metodou kolonové sorpce. Laboratorně byly testovány účinnosti sorpce těkavých organických látek, naftalenu, fluoranthenu, fenanthrenu, PCB a CrVI a dekontaminace reálných vzorků znečištěných vod, jako jsou například vody znečištěné černouhelným dehtem a fenolčpavkové vody (tab.1). Rovněž byla provedena příprava prototypu HDTMA vermikulitu v množství cca 80 kg, který byl následně aplikován v dekontaminační technologii na čištění podzemních vod v průmyslovém areálu [2, 3, 9, 11]. Tab. 1 – Účinnost sorpce HDTMA a HDP vermikulitu pro vybrané látky obsažené ve vodě kontaminované černouhelným dehtem [2, 3] Látka

HDTMA vermikulit [%]

HDP vermikulit [%]

log KOW

Toluen

79

90

2,7

Etylbenzen

86

98

3,15

Xyleny

81

96

3,10–3,20

Etylmethylbenzeny

91–100

~100

3,53-3,98

Propylbenzen

~100

~100

3,61

Trimetylbenzeny

88–92

~100

3,42-3,66

Benzofuran

84

74

2,67

Indan, inden

79–84

93–96

2,92-3,18

2,3-Dihydro-1-metylinden

91

~100

3,88

Metylbenzofurany

91–95

~100

3,09-3,20

1,4-Dietylbenzen

~100

~100

4,58

Naftalen

92

96

3,30

Benzo[b]thiofen

~100

~100

3,12

Metylnaftaleny

98

98

3,86-3,87

Celková účinnost

88

96

Všechny testy prokázaly vysokou účinnost odstranění organických látek jak z modelových roztoků, tak z reálných kontaminovaných vod [2, 3, 9, 11]. Na obr. 4 je ukázka fenolčpavkové vody před a po interakci s HDP vermikulitem. Na obr. 5 jsou názorně předvedeny HDP vermikulity před a po použití pro sorpci organických látek z fenolčpavkové vody. Množství sorbovaného uhlíku bylo stanoveno analýzou TOC, test byl proveden na vermikulitech ze dvou světových lokalit (tab 2). V poloprovozních testech bylo prokázáno, že materiál má mírně vyšší účinnost než aktivní uhlí, navíc zadržuje i jemnou koloidní suspenzi nerozpuštěných látek, takže působí zároveň jako filtr. Účinnost odstranění CrVI je pouze cca 40 % [11]. Dokončení na další straně

13

26.11.2015 16:18:36

OCHRANA Ž.P.

Obr. 4 – Fenolčpavková voda před použitím (vlevo) a po použití HDP vermikulitu (vpravo)

pouze ve statickém režimu. Výsledkem bylo zjištění sorpční kapacity experimentálně, viz tab. 3 [2, 3]. V případě HDP vermikulitů je množství organických látek z plynné a vodné fáze srovnatelný, HDTMA vermikulit byl pro páry naftalenu účinnější. Tab. 3 – Množství naftalenu v modifikovaných vermikulitech po sorpci par v uzavřeném prostoru [4] Vermikulit

Obr. 5 – HDP vermikulit před použitím (vpravo) a po sorpci látek z fenolčpavkové vody (vlevo)

Množství sorbovaného naftalenu [g.kg-1]

HDTMA Vermikulit 50% výměna kationtů

119

HDTMA Vermikulit 100% výměna kationtů

118

HDP Vermikulit 50% výměna kationtů

40

HDP Vermikulit 100% výměna kationtů

51

Regenerace a likvidace sorpčního materiálu po použití

Tab. 2 – Množství sorbovaného organického uhlíku z fenolčpavkové vody Vermikulit

Množství sorbovaného naftalenu [g.kg-1]

HDTMA Vermikulit Jihoafrický

37

HDTMA Vermikulit Brazílie

45

HDP Vermikulit Jihoafrický

102

HDP Vermikulit Brazílie

53

Vzhledem k tomu, že organické kationty s dlouhým řetězcem jsou známé svými desinfekčními a antibakteriálními vlastnostmi, byly u modifikovaných vermikulitů provedeny testy antibakteriální aktivity na vybraných G+ a G- bakteriálních kmenech. Výsledné testy ukázaly vysokou inhibiční účinnost zejména vůči bakteriím Yersinia pestis (původce moru), Staphylococcus aureus, Streptococcus agalactiae. Tato vlastnost je výhodou, protože materiál lze aplikovat i na odstranění bakteriálního znečištění. Ukázalo se však, že například kmen Escherichia coli byl vůči oběma modifikovaným vermikulitům odolný. Před aplikací je nutno provést testy bakteriální inhibice, protože je zřejmé, že se jedná o inhibiční účinky selektivní, nikoliv univerzální [12]. Spolupráce se SÚJCHBO umožnila provést studium účinnosti sorpce yperitu na vermikulity modifikované oběma kationty v různém množství a rovněž na vermikulit sodný ve srovnání s účinnosti sorpce na modifikované montmorillonity. Při provedení řady pokusů průniku par yperitu kompozitem tvořeným dvěma vrstvami polyetylenové fólie, mezi které byla umístěna vrstva modifikovaného jílového minerálu, se ukázalo, že materiály jsou účinné, přičemž účinnost montmorillonitu v sodné formě byla nejvyšší ze všech testovaných jílových minerálů a při organické modifikaci se účinnost sorpce u montmorillonitu snižovala, zatímco u vermikulitu proces probíhal opačně. Vermikulit v sodné formě byl nejméně účinný pro záchyt par yperitu a s přítomnosti organických kationtů sorpční účinnost vzrostla [12]. Organicky modifikovaný vermikulit byl testován rovněž pro sorpci látek v plynném stavu. Jednoduchý test sorpce par naftalenu byl proveden v uzavřeném prostoru eksikátoru po dobu několika týdnů, kdy byl průběžně sledován nárůst obsahu TOC a změny hodnot bazální mezirovinné vzdálenosti d001 metodou RTG difrakce. Studie ukázala, že účinnost sorpce byla vysoká, i když byla provedena

14


Likvidace a regenerace sorpčního materiálu po použití je předmětem současného výzkumu. Uložení na skládku může být problematické, jelikož sorbent po použití může překračovat limitní hodnoty DOC pro třídu vyluhovatelnosti III dle Vyhlášky MŽP č. 294/2005 Sb., a rovněž není možné ho použít pro úpravu povrchu terénu, protože modifikovaný vermikulit ještě před aplikací nesplňuje požadavky na výsledky ekotoxikologických testů dle přílohy č. 10 výše uvedené vyhlášky. Je samozřejmostí, že po použití je nutno provést analýzy v souladu s legislativními požadavky. Materiál lze regenerovat. Vhodnými rozpouštědly jsou polárnější rozpouštědla, jako je dichlormetan nebo aceton. Nepolární rozpouštědla, např. hexan, jsou méně vhodná, protože dochází k bobtnání modifikovaného vermikulitu. Termické zpracování použitého materiálu se jeví jako nejvhodnější způsob. Při použití teplot nad 800 °C je pevným zbytkem inertní anorganický materiál, který může být likvidován odpovídajícím způsobem [9].

Závěr Organicky modifikovaný vermikulit je vysoce účinným sorpčním materiálem, který je velmi dobrou alternativou k aktivnímu uhlí, jeho výhodou je specifičnost k určitým skupinám organických látek, vysoká sorpční kapacita, antibakteriální vlastnosti, účinnost vůči chemickým bojovým látkám, použitelnost v širokém rozmezí pH a v neposlední řadě možnost modifikace různými kationty pro zvýšení účinnosti vůči jiným látkám. Při aplikaci navíc funguje jako filtr jemné koloidní suspenze nerozpuštěných látek. Poděkování: Výzkum byl podpořen projekty LO1404: Trvale udržitelný rozvoj Centra ENET, IT4 Innovations CZ.1.05/1.1.00/03.0070, SP 2015/55, Pre-seed aktivity VŠB-TUO I – Materiály: reg. č. CZ.1.05/3.1.00/14.0320.

Literatura [1] WEISS, Z., KUŽVART, M. Jílové minerály. Jejich nanostruktura využití. 1st. Ed., Praha: Karolinum, 2005. 281 s. ISBN 80-246-0868-5. [2] PLACHÁ, D., SIMHA MARTYNKOVÁ, G., RÜMMELI, M.H. Preparation of organovermiculites using HDTMA: Structure and sorptive properties using naphthalene. J. Colloid Interf. Sci. 2008, 327(1), s. 341–347. [3] PLACHÁ, D., SIMHA MARTYNKOVÁ, G., RÜMMELI, M.H. Variations in the sorptive properties of organovermiculites modified with HDTMA and HDP cations. J. Sci. Conf. Proceed. 2010, 2 (1), s. 36–41. [4] PLACHÁ, D., SIMHA MARTYNKOVÁ, G., KUKUTCHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:18:36

OCHRANA Ž.P.

SCHOVÁ, J. Sorpce par naftalenu na organicky modifikovaný vermikulit. Chem. listy. 2011, 105(3), s. 186–192.

TIUK, A. a kol. The influence of pH on organovermiculite structure stability. Appl. Clay Sci. 2014, 93–94, s. 17–22.

[5] PLACHÁ, D., SIMHA MARTYNKOVÁ, G. Způsob modifikace vermikulitu, zejména na sorpční materiál. Patent č. 302813. Vydán 12.10.2011.

[11] DVOŘÁK, V., POLENKOVÁ, A. Dekontaminace podzemní vody prostřednictvím organicky modifikovaného vermikulitu. Poloprovozní a laboratorní testy. 2015. GEOtest a.s., Brno, 29 s.

[6] PEREZ RODRIGEZ, J. L. In Organo-Clay Complexes and Interactions, Yariv S., Cross H., ed., New York: Marcel Dekker, 2002. 680 s. ISBN 0-8247-0586-6.

[12] PLACHÁ, D., ROSENBERGOVÁ, K., SLABOTÍNSKÝ, J. a kol. Modified clay minerals efficiency against chemical and biological warfare agents for civil human protection. J. Haz. Mat. 2014, 271, 65–72.

[7] BETEGA DE PAIVA, L., MORALES, A.R., VALENZUELA DIAZ, F.R. Organoclays: Properties, preparations and applications. Appl. Clay Sci. 2008, 42(8), s. 8–24. [8] SIMHA MARTYNKOVÁ, G., VALÁŠKOVÁ, M., ČAPKOVÁ, P., MATĚJKA, V. Structural ordering of organovermiculite: Experiments and modeling. J. Colloid Interf. Sci. 2007, 313, s.281–287. [9] PLACHÁ, D., MIKESKA, M., MARTAUSOVÁ, I. Nakládání s použitými sorpčními materiály na bázi jílových minerálů. Certifikovaná metodika, Ostrava: VŠB-TUO, 2015. 18 s. V řízení. [10] PLACHÁ, D., SIMHA MARTYNKOVÁ, G., BACHMA-

NOVÝ ENZYM ZVYŠUJE ZISKY A SNIŽUJE SPOTŘEBU CHEMIKÁLIÍ PŘI VÝROBĚ BIOLIHU Společnost Novozymes oznámila, že uvádí na trh nový pokročilý enzym pod obchodním názvem Avantec® Amp. Enzym zlepšuje výtěžnost při výrobě ethanolu z kukuřice, a zároveň zvyšuje výtěžnost extrakce oleje ze zrn a výrazně snižuje spotřebu chemikálií používaných při výrobě ethanolu. Přechodem ze standardního enzymu k technologii s enzymem AvanTec® Amp je možno u zařízení s kapacitou 110 milionů galonů zvýšit zisk až o 2,5 mil USD ročně. „Avantec Amp umožňuje zvyšování výtěžnosti a snižování spotřeby chemikálií což bylo dříve nemožné,“ říká Peter Halling, vicepresident biopaliv u Novozymes. „To zvýší příjmy našich zákazníků. V konečném důsledku jim to poskytne konkurenční výhodu na náročném trhu.“ Jednodušší a výhodnější technologií, s menším počtem chemikálií navazuje Avantec® Amp na úspěch původního enzymu Avantec®, který byl zaveden v roce 2012. Spojuje v sobě více činností enzymů do jednoho produktu, a překonává konkurenční řešení enzymu tím, že získá více ethanolu z každého jádra kukuřice a umožní zvýšení výkonu zařízení na výrobu ethanolu, čímž dojde k úspoře energie a vody a zvýší se návratnost investovaného kapitálu. Může to také vést ke zvýšení produkce kukuřičného oleje, stále významnějšího zdroje příjmů v tomto průmyslu tím, že enzym uvolní olej vázaný v kukuřičných klíčcích. Kromě toho, Avantec® Amp snižuje spotřebu několika chemických látek používaných k ovládání a urychlení výrobního procesu výroby ethanolu. Spotřebu močoviny, která se používá ke zlepšení fermentace lze snížit o více než 70%. Spotřeba povrchově aktivních látek a amoniaku, které se používají pro extrakci kukuřičného oleje a úpravě pH může být také významně snížena. Avantec Amp je první enzymatický produkt nahrazující močovinu a povrchově aktivní látky. »»www.novozymes.com

SORPTION MATERIAL BASED ON ORGANICALLY MODIFIED VERMICULITE Summary: Organically modified vermiculite is highly efficient sorption material that is a good alternative to active carbon. Its advantage is selectivity to selected groups of organic compounds, high sorption capacity, antibacterial properties, efficiency against chemical warfare agents, and utilization in wide range of pH values and also possibility of modification of various cations for increasing of efficiency against selected compounds. Key words: Organically modified vermiculite, sorption, pollutants, HDTMA, HDP

MATLAB A SIMULINK – RELEASE 2015b HUMUSOFT s.r.o. a MathWorks®, přední výrobce programových nástrojů pro technické výpočty, modelování a simulace, uvádějí na trh České republiky a Slovenska nové vydání výpočetního, vývojového a simulačního prostředí MATLAB® R2015b. MATLAB R2015b přináší nové výkonné jádro jazyka MATLAB (execution engine). Zdokonalená architektura výkonného jádra využívá just-in-time kompilaci pro veškerý kód v jazyce MATLAB. Rychlejší je zejména volání funkcí, použití objektově orientovaných operací a matematické operace s vektory počítající prvek po prvku (např.: b = ((a+1).*a)./(5-a)), funkce pro tvorbu a vizualizaci orientovaných grafů a sítí, možnost snímat data ze senzorů mobilních zařízení s iOS a vylepšenou vizualizaci signálů v Simulinku pro snazší analýzu simulačních výsledků. Pozadu nezůstala ani podpora hardware. MATLAB můžete napojit na senzory mobilních zařízení Apple se systémem iOS a měřit údaje akcelerometru, úhlové rychlosti, orientace, magnetického pole a polohy. Kromě toho je možné MATLAB napojit na senzory a obrazová data ze zařízení Raspberry Pi 2 a BeagleBone Black. Modely dynamických systémů vytvářené v grafickém nástroji Simulink lze doplnit aktualizovanými bloky Scope pro vizualizaci simulovaných signálů. Mezi nové možnosti patří zobrazení souhrnných statistik o zobrazeném signálu, triggerovaní signálu na požadovanou událost nebo interaktivní proměření signálu mezi dvěma časovými okamžiky. Mezi další zajímavé novinky v systému MATLAB R2015b patří akcelerace statistických funkcí pomocí GPU výpočtů, fitování geometrických tvarů v obraze založené na technice 3-D point cloud, rychlejší přístup k databázím, automatické ladění PID regulátoru 2-DOF, podpora nejistých parametrů soustav při robustním ladění regulátorů, knihovna dvoufázových tekutin v nástrojích pro fyzikální modelování soustav, analýza nekonečných anténních polí, podpora datového typu pole



Abstract

buněk (cell array) pro generování zdrojového kódu v jazyce C, run-time ladění hardwarových parametrů FPGA přes rozhraní AXI4. »»www.humusoft.cz

SILIKON-UHLÍKOVÝ POVLAK DURSAN® Dursan® je CVD (Chemical Vapor Depozition) povlak od firmy SilcoTek pro bioinertní a korozně odolné dopravní systémy vzorků. Byl vyvinut ke zvýšení tvrdosti, korozní odolnosti a inertnosti antikorové oceli, skla a keramických substrátů. Tloušťka povlaku je cca 500 nm. Povlak Dursanu® má vysokou korozní odolnost, zvyšuje životnost antikorových ocelí v drsných provozních podmínkách. Srovnávací ponorové testy v kyselině chlorovodíkové podle ASTM G31 u neupravené a upravené antikorové oceli Dursanem prokázaly 200x vyšší korozní odolnost. To činí Dursan® lacinější alternativou ve srovnání s drahými super slitinami. Dursan® tak dvakrát zvyšuje odolnost antikorové oceli vůči opotřebení a je vhodný pro úpravu antikorových ocelí pro tvrdé korozní podmínky. Povlakované komponenty, jako kapiláry, trubičky, vzorkovací ventily, armatury, mají velmi inertní povrch. Při interakci s vysoce reaktivními sloučeninami, jako jsou H2S, NH3, SOx, NOx je povrch účinně chráněn. Povrch chráněný Dursanem je inertní a způsobuje minimální změny v koncetracích mezi zdrojem a detektorem. Výhodami využií Dursanu jsou nepřekonatelná deaktivace povrchu, bioinertní a hydrofobní povrch, antikorozní ochrana, snížení nákladů díky kratším analytickým časům a vyšší životnost substrátu. Snižuje pórovitost substrátu, poskytuje vysokou tepelnou stabilitu (přinejmenším 450°C), je rezistentní proti poškrábání a abrazi a pH stabilní vůči kyselinám a zásadám. Mezi aplikační oblasti patří testování kouřových plynů, kontinuální monitorovací systémy, petrochemie a vzorkování. »»www.silcotek.com

15

26.11.2015 16:18:37

METROLOGIE

POUŽITÍ PLAMENOVÉ ATOMOVÉ SPEKTROMETRIE (AAS, AES) A GRAVIMETRIE PRO KONTROLU KVALITY A ZAJIŠTĚNÍ METROLOGICKÉ NÁVAZNOSTI VODNÝCH JEDNOPRVKOVÝCH KALIBRAČNÍCH ROZTOKŮ ASTASOL® PRO ALKALICKÉ KOVY ARTÝSZKOVÁ J.1, WEISSEROVÁ D. 2, SYCHRA V. 2 1 ANALYTIKA®, spol. s r.o., Zkušební laboratoř Radlík, Jílové u Prahy, [email protected] 2 ANALYTIKA®, spol. s r.o., Praha 9, [email protected] 1 Úvod V našem předchozím příspěvku v tomto časopisu [1] jsme se zabývali použitím vybraných primárních metod – zejména odměrných – pro kontrolu kvality a zajištění návaznosti vodných kalibračních roztoků ASTASOL®. Na širokém spektru analytů bylo ukázáno, že zjištěné nominální hodnoty hmotnostních koncentrací jsou v dobré shodě s certifikovanými hodnotami a že rozšířené nejistoty přidružené k těmto koncentracím potvrzují předpoklad, že primární metody jsou vhodné pro kontrolu kvality vodných kalibračních roztoků v rámci požadované nejistoty (0,1–0,3 % rel.). Krátce na to jsme publikovali velmi podrobnou studii, ve které byl popsán značný potenciál komplexometrie s EDTA k výše uvedeným účelům [2]. V posledních dvou letech jsme byli řešiteli výzkumného úkolu v rámci Programu rozvoje metrologie (ÚNMZ) pod názvem – „Vypracování a validace analytických metod (na bázi jak primárních tak instrumentálních postupů měření) umožňujících porovnání dvou certifikovaných jednoprvkových vodných kalibračních roztoků (stejného nebo podobného složení) s nejistotou 0,1–0,5 % (rel.) [3–5]. V tomto příspěvku jsou podrobněji diskutovány možnosti instrumentální metody, a to plamenové atomové spektrometrie (AAS, AES) pro kontrolu kvality a zajištění návaznosti vodných jednoprvkových kalibračních roztoků ASTASOL® pro alkalické kovy a výsledky jsou konfrontovány s údaji získanými gravimetricky.

závadu, protože se pracuje s jednoprvkovými vodnými kalibračními roztoky připravenými z velmi čistých výchozích primárních látek pečlivě kontrolovaných na eventuální vzájemnou kontaminaci jednotlivými alkalickými kovy. Co se týče vlastního stanovení, každý analyt byl stanoven z deseti paralelních analýz provedených za podmínek opakovatelnosti (jeden den, stejný pracovník, metoda, přístroje, činidlo atd.). Získané výsledky byly zpracovány jednoduchou statistikou (průměr z naměřených hodnot, výběrová směrodatná odchylka, nejistota opakovatelnosti atd.) [16, 17] nebo s výhodou na základě celkové rovnice stanovení pomocí Kragtenových diagramů [11, 12]. Ukázka Kragtenova diagramu pro gravimetrické stanovení sodíku a ukázka příslušného validačního protokolu jsou na obr. 1 a 2. Výsledky gravimetrických stanovení pro jednotlivé alkalické kovy jsou uvedeny v tabulce č. 2 a budou diskutovány dále v textu tohoto příspěvku. Obr. 1 – Ukázka validačního protokolu pro gravimetrické stanovení sodíku

Kalibrační roztoky ASTASOL® jsou vyráběny z vysoce čistých primárních látek (pečlivě kontrolovaných na obsah eventuálních stopových nečistot) gravimetricky. Přiřazená certifikovaná hodnota koncentrace a její přidružená nejistota jsou odvozeny (vypočteny) na základě této gravimetrické přípravy a jsou tak přímo navázány na základní SI jednotky (kg, mol). Na tomto místě je zapotřebí znovu zdůraznit, že jakékoli hodnoty koncentrací příslušného analytu a její nejistoty získané primárními (event. instrumentálními) metodami se s hodnotami deklarovanými na základě gravimetrické přípravy nikterak nekombinují (neprůměrují) a slouží pouze k potvrzení pravdivosti gravimetrické přípravy a k realizaci návaznosti k dalším uznávaným referencím. Tyto metody však mají nezastupitelnou roli při porovnávání CRM různého původu, přidělování hodnot vlastností a jejich nejistot dalším referenčním materiálům (nižší metrologické hierarchie) – viz pokyn ISO 33 a další reference [6–11].

2 Gravimetrie Pro vážkové stanovení alkalických kovů byla navržena celá řada analytických postupů [12–15], z nichž jako nejvhodnější pro zamýšlený účel bylo vybráno vážkové stanovení ve formě příslušných síranů. Spočívá v převedení dusičnanových nebo chloridových roztoků alkalických kovů na příslušné sírany odkouřením po přídavku malého přebytku koncentrované kyseliny sírové v platinovém kelímku a vyžíháním do konstantní hmotnosti. Toto stanovení bylo vybráno pro svoji univerzálnost (funguje spolehlivě pro celou skupinu alkalických kovů), jednoduchost (minimum analytických operací) a příznivé hodnoty gravimetrických faktorů (zejména u alkalických kovů s nižší atomovou hmotností). Jeho vysoká neselektivita není na

16

Analytika.indd 16


26.11.2015 16:19:40

METROLOGIE

Obr. 2 – Ukázka upraveného Kragtenova diagramu pro gravimetrické stanovení sodíku Obrázek č. 2: Ukázka upraveného Kragtenova diagramu pro gravimetrické stanovení sodíku Analyt

Matrice

Vstupní látka (čistota)

Šarže vstupní látky

Datum výroby

Kód výrobku

Sodík

H2O

NaCl, (99,999% Alfa)

23243A

7.1.2011

CRM CZ9035(10H)

Validační roztok

Pipetováno 10ml roztoku vzorku (~10g sodíku na litr), přidáno 0,5ml konc. H2SO4 Veličina

Průměrná hmotnost vzorku

Vstupní pipetáž stanovovaného roztoku

Gravimetrický faktor

Opakovatelnost stanovení hm. konc. analytu

a [g]

b [ml]

c [1]

d [1]

Vstupní data Hmotnost vzorku [g]

Hm. konc. [mg/l]

Hodnota

0,30898

10,01

0,3237035

1

0,30913

9996,6

Nejistota

0,00007

0,00087

0,0000068

0,000404

0,30914

9997,0

a [g]

0,309045

0,308975

0,308975

0,308975

0,30812

9964,0 10004,1

b [ml]

10,01

10,01087

10,01

10,01

0,30936

c [1]

0,323703508

0,323703508

0,323710274

0,323703508

0,30904

9993,7

d [1]

1

1

1

1,000403757

0,30847

9975,3

Hm. Konc.

9993,90117

9990,76918

9991,84633

9995,67170

0,30939

10005,1

Pr.hm.k - hm.k.+u

-2,263660896

0,86832859

-0,208828402

-4,034195

0,30895

9990,8

Čtverce

5,12416

0,75399

0,04361

16,27473

0,30898

9991,8

Podíl na u(vážka)

23,09%

3,40%

0,20%

73,32%

0,30917

Suma čtverců

22,19649

100,00%

0,30898

9991,6

Nejistota (celková)

4,71132

Celková hm. konc.

9991,6

mg/l

RSDr hm. Konc.

RSDr hm. konc./odm(n)

Rozšířená

9,42263

U, k=2

9,4

mg/l

0,001277

0,000404

Opakovatelnost metody

0,13%

Hm. Konc.

10000,0

mg/l

Výtěžnost

99,92%

U, k=2

20,0

mg/l

Nejistota výtěžnosti

0,11%

u

10,0

mg/l

9997,9

10

Metrologická kompatibilita

Hm.konc. - reference

8,4

mg/l

Nejistota rozdílu st. - ref.

11,1

mg/l

Hm.konc. - reference

Rozšířená

22,1

mg/l

8,4

Rozšířená 22,1

Gravimetrické faktory Prvek

Počet atomů

Molární hmotnost, g/mol

Nejistota, IUPAC

Nejistota mol. hm.

Mol. hm. (čitatel)

Mol. hm. (jmenovatel)

Na

2

22,98976928

0,00000002

1,1547E-08

45,97953856

142,0421386

0

u(A1)

u(A2)

0

2,3094E-08

0,002968726

0

f(g)

u(f(g))

0

0,3237035

0,0000068

Na

2

22,98976928

0,00000002

1,1547E-08

S

1

32,065

0,005

0,002886751

O

4

15,9994

0,0003

0,000173205 0 0

ohraničením („bracketing calibration“) je kalibračním modelem, který by měl zabezpečit co největší přesnost získané hodnoty koncentrace vzorku [6]. Vyžaduje dva kalibrátory (kalibrační standardy) jeden s hodnotou koncentrace vyšší, než je očekávaná hodnota koncentrace vzorku, a druhý s hodnotou koncentrace nižší, než tyto hodnoty. Prostřednictvím lineární interpolace mezi oběma kalibrátory se přiřadí hodnoty koncentrace dalším vzorkům. Zvolený interval koncentrací by měl být dostatečně malý, aby nelinearita odezvy detektoru (pokud se nějaká projevuje) nevedla k vychýlení hodnoty koncentrace, která bude přiřazena neznámému vzorku. Nejistota přiřazená k získané hodnotě koncentrace vzorku tak zahrnuje pouze vlivy z opakovatelnosti měření a nejistoty přidružené hodnotám koncentrace obou kalibrátorů (např. CRM). Tato bilance nejistot by měla být doplněna o příspěvky nejistot ze vzorkování a event. úpravy vzorku. Nejistotu průměrné hmotnostní koncentrace analytu lze tudíž jednoduše vypočítat ze vztahu

a cd  A   b

,

3 Plamenová atomová spektrometrie Moderní atomové spektrometry s plamenovými nebo plazmovými atomizátory jsou schopné v celé řadě případů generovat hodnoty měřené veličiny a její nejistoty na srovnatelné úrovni jako „klasické“ primární metody (gravimetrie, odměrná analýza). Jako jednu z metod pro charakterizaci svých kalibračních roztoků začal používat ICP-OES americký NIST a později i další výrobci. Plamenová spektrometrie nabízí dvě zajímavé varianty měření: Měření na hlavních (nejcitlivějších) absorpčních a emisních čarách (vlnových délkách) po naředění vzorku na optimální úroveň koncentrace analytu, nebo měření na méně citlivých čarách bez jakékoliv manipulace se vzorkem. Obě varianty mají své výhody a nevýhody. Rozhodnutí, zda je vhodnější absorpční či emisní měření nebo zda je vhodnější měření na hlavní nebo vedlejší (méně citlivé) vlnové délce, je vždy individuální (v závislosti na analytu a jeho vlastnostech) a bude záviset i na tom, k jakému účelu budou získané výsledky použity. K dosažení maximálně precizních výsledků musí být všechna měření provedena na dokonale optimalizovaném spektrometru, za podmínek opakovatelnosti a za použití tzv. „kalibrace ohraničením“ (je běžně zahrnuta v softwaru spektrometru). Kalibrace

kde uc – je kombinovaná nejistota hmotnostní koncentrace analytu, s – je výběrová směrodatná odchylka opakovatelnosti měření koncentrace vzorku pro „n“ opakovaných měření, uref – nejistota reference (kalibračního roztoku nebo čistoty pevné látky plus nejistota veškerých operací souvisejících s přípravou reference pro měření na určité hladině koncentrace analytu, jako jsou vážení, ředění a doplňování do daného objemu atd.), uvz – je nejistota všech operací se vzorkem (vážení, ředění atd.), pracuje-li se se zředěným vzorkem. Dosud provedená měření jednoznačně ukazují (a to nejenom pro alkalické kovy), že hlavním příspěvkem k celkové nejistotě hmotnostní koncentrace analytu je vlastní nejistota reference (nejistota operací spojených s jejím použitím je prakticky zanedbatelná), výrazně nižší je obvykle příspěvek nejistoty opakovatelnosti měření (překvapivě i u neředěných vzorků). Alkalické kovy patří k nejsnadněji stanovitelným prvkům v plamenové atomové spektrometrii. Absorpční i emisní čáry jsou velmi intenzivní i v nízkoteplotním plameni acetylén-vzduch; obě spektra jsou však velmi jednoduchá, takže v úvahu přicházejí pro všechny analyty prakticky pouze dvě vlnové délky. Byly studovány obě varianty měření, a to jak měření na hlavních (nejcitlivějších) čarách po naředění vzorku na optimální úroveň koncentrace, tak

Tab. 1 – Spektrometrická stanovení (AAS, AES) alkalických kovů ve vodných kalibračních roztocích ASTASOL® (neředěné roztoky vzorků) Vzorek (reference)

Element (Analyt)

Vlnová délka [nm]

Plamen Metoda

Konc. úroveň bracketing stand. [mg/l]

Způsob kalibrace (kalibrant)

Označení (šarže)

c(ref) ± U* [mg/l]

c(stanov) ± U* [mg/l]

Li

610,4

C2H2 – vzduch AES

950–1 050

vážením z Li2CO3 4N5

CZ9030(1N) š. 0012

1 000 ± 2

998 ± 3

Na

303,3

C2H2 – vzduch AAS

950–1 050

vážením z NaCl 5N

CZ9035(1H) š. 0017

1 000 ± 2

999 ± 4

K

404,4

C2H2 – vzduch AAS

950–1 050

vážením z KCl 5N

S025 š. 1018

1 000 ± 5

999 ± 4

Rb

420,2

C2H2 – vzduch AES

950–1 050

vážením z RbNO3 4N

CZ9045(1N) š. 0011

1 000 ± 2

998 ± 3

Cs

455,5

C2H2 – vzduch AAS

950–1 050

vážením z CsNO3 4N5

CZ9014(1N) š. 0007

1 000 ± 2

1002 ± 4

*k=2


Analytika.indd 17

17

26.11.2015 16:19:40

METROLOGIE

Tab. 2 – Spektrometrická stanovení (AAS a AES) a gravimetrická stanovení alkalických kovů ve vodných kalibračních roztocích ASTASOL® (ředěné roztoky vzorků) Vzorek (reference)

Element (Analyt)

Vlnová délka [nm]

Plamen Metoda

Konc. úroveň bracketing stand. [mg/l]

Způsob kalibrace (kalibrant)

Označení (šarže)

c(ref) ± U* [mg/l]

c(stanov) ± U* [mg/l]

Li

670,8

C2H2 – vzduch AES

9,50–10,50

vážením SRM NIST 3129a1)

CZ9030(1N) š. 0012

1 000 ± 2

999 ± 6

Li

670,8

C2H2 – vzduch AES

9,50–10,50

vážením SRM NIST 31291)

CZ9030(10N) validační roztok

10 000 ± 20 9 981± 8 (G)

9 974 ± 57

Na

589,6

C2H2 – vzduch AES

9,50–10,50


CZ9035(1H) š. 0019

1 000 ± 2

1 000 ± 3

Na

589,6

C2H2 – vzduch AES

9,50–10,50

vážením SRM NIST 31522)

CZ9035(10H) validační roztok

10 000 ± 20 9 992 ± 9(G)

9 977 ± 30

K

766,5

C2H2 – vzduch AES

9,50–10,50

vážením z ref. roz. stanov. gravim.3)

CZ9028(1H) š. 1018

1 000 ± 2

999 ± 2

K

766,5

C2H2 – vzduch AAS

9,50–10,50

vážením z ref. roz. stanov. gravim.3)


10 000 ± 20 10 000 ± 19(G)

10 021 ± 16

Rb

780,0

C2H2 – vzduch AES

9,50–10,50


CZ9045(1N) š. 0012

1 000 ± 2

1 001 ± 9

Rb

420,2

C2H2 – vzduch AES

950–1 050

vážením z RbNO3 44)


10 000 ± 20 9986 ± 12(G)

10 006 ± 40

Cs

852,1

C2H2 – vzduch AES

47,50–52,50


CZ9014(1N) š. 0009

1 000 ± 2

999 ± 2

Cs

852,1

C2H2 – vzduch AES

47,50–52,50



10 000 ± 20 10 004 ± 19(G)

10 000 ± 22

(G) gravimetricky; * k = 2 1) šarže č. 000505, 10,01 ± 0,04 mg/g Li; 2) šarže č. 120715, 9,994 ± 0,020 mg/g Na; 3) šarže č. 001, 10013 ± 8 mg/l K; 4) šarže č. 891203, 10,04 ± 0,06 mg/g Rb; 5) šarže č. 050614, 9,990 ± 0,020 mg/g Cs

měření na méně citlivých čarách na úrovni koncentrace 1 000 mg/l bez jakékoliv předchozí manipulace se vzorkem (většina vzorků má nominální koncentraci analytu 1 000 ±2 mg/l). Výsledky měření získané oběma variantami jsou diskutovány v další kapitole.

4. Výsledky a diskuze Vše podstatné lze vyčíst z tabulek č. 1 a 2. Výsledky uvedené v tabulce č. 1 ukazují, že pro všechny alkalické kovy lze použít variantu stanovení na méně citlivé čáře bez potřeby ředit vzorek. Preferována je vždy metoda (AAS nebo AES), která poskytuje nižší nejistotu (zde je však nutno dodat, že obě metody se co do preciznosti liší minimálně). Pro kalibraci metody (tj. pro přípravu kalibrátorů použitých při kalibraci ohraničením) byly použity primární čisté látky (soli čistoty 4–5 N), mající nejistotu hmotnostní koncentrace analytu ≤0,1 % (rel.). Shoda mezi certifikovanou hodnotou koncentrace reference (odvozenou z gravimetrické přípravy) a nalezenou hodnotou koncentrace je ve všech případech velmi dobrá, přidružené nejistoty těchto stanovení se pohybují mezi 0,3–0,4 % (rel.). Nelze předpokládat, že by je bylo možno dále snížit, protože opakovatelnost metody je při měření na méně citlivých čarách významně ovlivněna šumovými složkami vyvolanými obvykle vyšším zesílením měřeného signálu. Tato varianta měření zůstane proto zejména využívána pro rychlou operativní výstupní kontrolu vyráběných kalibračních roztoků. Výsledky druhé varianty jsou přehledně shrnuty v tabulce 2. Uvedená měření na nejcitlivějších čarách byla pro zajímavost spojena s realizací návaznosti na příslušné standardy NIST. Z uvedených výsledků je zřejmé, jak výrazně ovlivňuje výslednou nejistotu hmotnostní koncentrace analytu nejistota koncentrace kalibrantu a jak může být použití renomovaného CRM s relativně vysokou nejistotou certifikované hodnoty koncentrace pro realizaci návaznosti kontraproduktivní. Typickým příkladem je SRM NIST 3145a pro rubidium (certifikovaná koncentrace 10,04 ±0,06 mg/g Rb), jehož použití pro realizaci návaznosti zcela diskvalifikuje stanovení rubidia ve vzorcích (nejistota 0,9 % rel.). Opačným pří-

18

Analytika.indd 18

kladem je použití vlastního certifikovaného kalibrantu v případě stanovení draslíku (SRM pro draslík nemá v současné době NIST v nabídce). Díky nejistotě hmotnostní koncentrace draslíku 0,08 % (rel.), zjištěné podrobnou gravimetrickou analýzou, byly dosaženy u stanovovaných vzorků nejistoty koncentrace 0,1–0,2 % (rel.). Jelikož se jedná o měření na nejcitlivějších vlnových délkách, tudíž z hlediska šumových složek s nejvyšší precizností (RSD analytického signálu na úrovni 0,1–0,3 %), je obvykle příspěvek nejistoty opakovatelnosti měřené koncentrace k celkové nejistotě menší než v případě měření na méně citlivých čarách. Rozšířené nejistoty uvedených gravimetrických stanovení se podle očekávání pohybují v rozmezí 0,1–0,2 % (rel.). Je nutné si však uvědomit, že pro gravimetrii jsou to nejistoty hraniční (maximálně dosažitelné), zejména s ohledem na nejistotu gravimetrického faktoru, nikdy absolutně stoprocentní výtěžnost vyvažované látky a zejména s ohledem na manuální proveditelnost dostatečně precizní analýzy.

5 Závěr Bylo experimentálně prokázáno, že instrumentální metoda (plamenová AAS nebo AES) je schopna za optimálních podmínek generovat analytická data se srovnatelnou precizností jako klasické primární analytické metody (gravimetrie). Zatímco pro primární metody jsou dosažené nejistoty prakticky limitní (0,1–0,2 %, rel.), nejistoty výsledků získaných pomocí AAS a AES jsou negativně ovlivněny relativně vysokou nejistotou koncentrace použitého kalibrátoru. Jedinou cestou ke zlepšení této situace je příprava vlastního kalibrátoru dokonale zanalyzovaného primárními metodami (ale i dalšími metodami jako např. ICP-MS, ID-ICP-MS), který by měl nejistotu hmotnostní koncentrace ≤0,1 %. Potěšující však je, že i za současné situace a se současnými kalibrátory lze při použití AAS a AES dosáhnout hodnot nejistoty hmotnostní koncentrace prakticky všech alkalických kovů v rozmezí 0,2–0,5 % (rel.). Obrovskou výhodou (oproti klasickým primárním metodám) je u instrumentálních metod jejich vysoká selektivita (zejména u AAS), která ji předurčuje pro úspěšné stanovení analytů ve víceprvkových kalibračních roztocích a to i na velmi nízkých hodnotách koncentrace. CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:19:40

METROLOGIE

Literatura [1] Vlasák M., Luxemburková Z., Weisserová D., Sychra V. (2012): Chemagazín 22(6), 8–10 [2] Vlasák M., Luxemburková Z., Sychra V., Suchánek M. (2013): Accred. Qual. Assur. 18: 491–499 [3] Zpráva pro průběžnou oponenturu úkolu ÚNMZ PRM VII/17/14, ANALYTIKA®, spol. s r.o., Praha, (09) 2014 [4] Zpráva pro závěrečnou oponenturu úkolu ÚNMZ PRM VII/17/14, ANALYTIKA®, spol. s r.o., Praha, (11) 2014 [5] Zpráva pro úvodní oponenturu úkolu ÚNMZ PRM VII/17/15, ANALYTIKA®, spol. s r.o., Praha, (05) 2015 [6] ISO Guide 33:2015, Referenční materiály – správné postupy používání referenčních materiálů [7] ISO Guide 35:2006, Certification of Reference Materials – General and Statistical Principles [8] TNI 010115:2009, Mezinárodní metrologický slovník, třídící znak 010115, Základní a všeobecné pojmy a přidružené termíny [9] M. Suchánek (editor), Kvalimetrie 9, Eurachem – ČR 2001, ISBN 80-901868-7-4 [10] M. Suchánek (editor), Kvalimetrie 11, Eurachem – ČR 2001, ISBN 80-901868-9-0 [11] M. Suchánek (editor), Kvalimetrie 16, Eurachem – ČR 2009, ISBN 80-86322-04-1 [12] Jílek A., Koťa J., Vážková analýza a elektroanalýza, díl I., ČSCH, Praha, 1946 [13] Jílek A., Koťa J., Vážková analýza a elektroanalýza, díl II., TVV, Praha, 1951


Analytika.indd 19

[14] Jílek A., Koťa J., Vážková analýza a elektroanalýza, díl III., SNTL, Praha, 1956 [15] Vogel A. I., Vogel’s Textbook of Quantitative Chemical Analysis, 5. ed, 1989 [16] Mestek O., Suchánek M., Hrubý V. (1999): Accred. Qual. Assur. 4: 307–312 [17] Mestek O., Hrubý V., Suchánek M. (2000): Chem. Listy 94: 136–141 [18] Welz B.: Atomic Absorption Spectrometry, 2nd edition, VCH Publishers, Německo (1985), ISBN 0-89753-418-4 [19] Dean J. A., Rains T. C. (editors): Flame Emission and Atomic Absorption Spectrometry, Vol. 3, Elements and Matrices, M. Dekker, Inc. New York, USA (1975), ISBN 0-8247-1137-8

Abstract USE OF FLAME ATOMIC SPECTROMETRY (AAS, AES) AND GRAVIMETRY FOR QUALITY CONTROL AND ESTABLISHING METROLOGICAL TRACEABILITY OF AQUEOUS SINGLE ELEMENT CALIBRATION SOLUTIONS ASTASOL® FOR ALKALI METALS. Summary: A study to test the capability of flame AAS or AES and gravimetry for the determination of mass concentration and its uncertainty of alkali metals in single element aqueous calibration solutions has been performed. It was confirmed experimentally that the instrumental methods (such as AAS and AES) can (under certain optimized conditions) generate analytical data with comparable precision (0.1–0.5 %, rel.) as classical primary analytical methods (gravimetry). It was also shown that when “bracketing calibration” mode is used, the main uncertainty contribution to the total expanded uncertainty of the certified concentration of the sample solution comes from the uncertainty of the calibrants. Keywords: Alkali metals, gravimetry, flame atomic spectrometry, aqueous calibration solutions, expanded combined uncertainty, metrological traceability, metrological compatibility

19

26.11.2015 16:19:41

LABORATORNÍ METODY

STANOVENÍ TOC KYVETOVÝMI TESTY LCK385 TEPLÍČEK L. Vodovody a kanalizace Přerov, a.s., ved. laboratoře odpadních vod Společnost Vodovody a kanalizace Přerov, a.s. se zabývá provozováním čistíren odpadních vod i výrobou kvalitní pitné vody a zásobováním obyvatelů. S těmito zodpovědnými úkoly souvisí i zvýšené nároky na kontrolu procesů a kvalitu produkované vody. Tyto služby zajišťují její laboratoře pitných vod a odpadních vod. K jednomu z důležitých ukazatelů patří i stanovení celkového organického uhlíku, jehož stanovení postupně získává na významu.

1 Úvod Možností, jak stanovit TOC, je několik. Zatím nejběžnější způsob, avšak vysoce nákladný, je stanovení pomocí analyzátoru celkového uhlíku podle normy ČSN EN 1484. Naše laboratoř po důkladném zvážení a ekonomickém propočtu tuto možnost zavrhla. Daleko méně nákladná a celkově schůdnější se nám jevila možnost stanovení TOC prostřednictvím kyvetových testů dodávaných firmou Hach. K tomu účelu nám vyhovoval kyvetový set LCK385 pro rozsah od 3 do 30 mg/l TOC. Proto jsme si vyžádali od firmy Hach zapůjčení třepačky TOC-X5. Ostatní vybavení, tedy mineralizátor LT200 a spektrofotometr s možností měřit absorbanci v kruhových kyvetách průměru 13 mm, jsme používali již dříve. Po počáteční nedůvěře ke kyvetovému stanovení TOC jsme po odzkoušení svůj názor změnili a rozhodli jsme se, že budeme toto stanovení používat ke kontrole vyčištěných odpadních vod. Na žádost kolegů z laboratoře pitných vod jsme tento postup úspěšně validovali a rozšířili také pro stanovení v matrici povrchové, surové a pitné vody. Nyní používáme kyvetové stanovení TOC především ke kontrole technologického procesu úpravny vody.

2 Výchozí situace Naše společnost je provozovatelem úpravny vody Klopotovice. Vodní zdroj Klopotovice se nachází v rovinatém území asi 0,5 km jihovýchodně od Klopotovic a severozápadně od Tovačova v blízkosti říčky Blaty, katastrální území Klopotovice. Jedná se o menší zdroj využívající podzemní vodu. Vodní zdroj je součástí skupinového vodovodu Kojetín a ocelovým výtlačným řadem DN 300 je dodávána voda do řídicího vodojemu Polkovice, přičemž přímo na výtlačný řad jsou napojeny obce Klopotovice, Biskupice a Oplocany. Provozní kapacita prameniště je až 10 l/s. Počet zásobovaných obyvatel je cca 13 500. Kvalita surové vody z prameniště Klopotovice odpovídá svým složením podzemní vodě s vyšším obsahem agresivního CO2 a vysokou tvrdostí. Dále voda obsahuje zvýšené, ale podlimitní koncentrace železa, manganu, CHSKCr a dusičnanů. Zvýšené koncentrace jsou dosahovány u pesticidu bentazonu a hraniční až nadlimitní koncentrace jsou dosahovány u uranu. Jako selektivního zařízení na odstraňování pesticidů je použito 2 ks tlakových filtrů s náplní aktivního uhlí Norit. Filtry s aktivním uhlím fungují na principu adsorpce, přičemž mimo adsorpci pesticidů adsorbují i další organické látky. Adsorpční kapacita filtru postupně klesá až do úplného vyčerpání, proto je nutné kvalitu odtékající vody pravidelně kontrolovat a po vyčerpání kapacity je nutné náplň vyměnit. Vyčerpání kapacity aktivního uhlí se projeví nárůstem TOC v přefiltrované vodě nad hodnotu 2 mg/l.

3 Princip stanovení Ve dvoustupňovém procesu je celkový anorganický uhlík (total inorganic carbon, TIC) nejdříve vytěsněn pomocí TOC-X5 třepačky, poté je celkový organický uhlík (total organic carbon, TOC) oxidován na oxid uhličitý (CO2). Ten pak proniká membránou do indikátorové kyvety, kde způsobuje odbarvení roztoku indikátoru, přechod z modré barvy na šedomodrou. Výsledné zbarvení je vyhodnocováno na fotometru.

20

VAK_Teplíček.indd 20

4 Pracovní postup: Stanovení TOC kyvetovými sety LCK385 – přímé stanovení po vytěsnění TIC 1. Odšroubovat víčko kyvety s roztokem č. 1 (peroxodisíran sodný, kyselina orthofosforečná). 2. Do kyvety s roztokem č. 1 odpipetovat automatickou pipetou 2 ml vzorku. 3. Kyvetu s roztokem č. 1 a se vzorkem vložit do třepačky TOC-X5 pro vytěsnění TIC. 4. Zaklopit víko třepačky a uvést ji do chodu. 5. Po 5 minutách chodu se přístroj automaticky vypne. 6. Našroubovat na kyvetu se vzorkem teflonovou membránu propustnou pro plynný CO2. Čárový kód na membráně musí směřovat ke kyvetě s indikátorem. 7. Odšroubovat víčko z kyvety s modře zbarveným indikátorem a co nejrychleji na ni našroubovat teflonovou membránu napojenou na kyvetu se vzorkem. Pevně dotáhnout. 8. Vložit kyvetu se vzorkem a s našroubovanou kyvetou s indikátorem do termoreaktoru LT200 předem vyhřátého na 100 °C. Indikátorová kyveta se po dobu mineralizace nachází mimo zahřívaný prostor termoreaktoru! 9. Mineralizovat po dobu 2 hodin. Po ukončení mineralizace vyjmout kyvetu a nechat ji vychladnout na pokojovou teplotu. 10. Po 30 minutách změřit absorbanci vzorku ve fotometru DR2800. Do kyvetového prostoru fotometru se vkládá kyveta s modře zabarveným indikátorem.

5 Validace stanovení TOC kyvetovými sety LCK385 5.1 Kalibrace a sestrojení kalibrační přímky. Pracovní rozsah vložené kalibrační křivky v přístroji je 3–30 mg/l TOC. Vzhledem k tomu, že pitná voda obsahuje nižší množství TOC, než nabízí tato kalibrační křivka, bylo nutné vytvořit vlastní uživatelskou kalibrační křivku pro dosažení nižší meze stanovitelnosti. Z toho důvodu jsme sestrojili kalibrační přímku v rozsahu 1–10 mg/l TOC. Z našich validačních charakteristik byla zjištěna mez stanovitelnosti 1,5 mg/l.Výrobcem stanovená mez stanovitelnosti metody je 1,6 mg/l. Tab. 1 – Naměřené hodnoty kalibračních standardů Koncentrace kalibračního standardu (mg/l)

Absorbance

1

0,033

2

0,057

3

0,078

4

0,099

5

0,118

6

0,138

8

0,182

10

0,223


26.11.2015 16:20:37

LABORATORNÍ METODY

Obr. 1 – Průběh kalibrační přímky

Obr. 2 – Závislosti nejistoty a koncentrace

5.2 Opakovatelnost V rámci validace jsme se zaměřili především na opakovatelnost, nejistotu a mez stanovitelnosti. Hodnoty nejistoty jsme zjistili experimentálním stanovením série standardů a série vzorků. Počet vzorků v sérii byl minimálně šest. Z naměřených výsledků byla vypočtena hodnota směrodatné odchylky a nejistota. Tab. 2 – Opakovatelnost standardů Poř. č.

st. 1,00 [mg/l]

st. 2,00 [mg/l]

st. 3,00 [mg/l]

st. 5,00 [mg/l]

1

0,69

2,07

3,18

5,09

2

0,70

1,97

3,06

4,78

3

0,91

1,87

3,10

4,85

4

0,61

2,26

3,30

5,44

5

0,75

2,02

2,94

4,99

6

0,57

1,95

3,11

4,89

7

0,49

1,85

3,17

–

8

0,72

1,76

3,32

–

9

0,40

2,17

2,90

–

10

0,62

1,87

–

–

Průměr

0,65

1,98

3,12

5,01

Sm. odchylka

0,141

0,155

0,142

0,241

Nejistota [%]

43,8

15,7

9,1

9,6

Tab. 3 – Opakovatelnost reálných vzorků podzemních vod – vz. č. 61/14 ÚV Klopotovice, filtr F3 – podzemní voda – vz. č. 200/14 ÚV Klopotovice k I – podzemní voda Poř. č.

TOC [mg/l] vz č. 61/2014

TOC [mg/l] vz č. 200/2014

1

1,37

0,91

2

1,38

0,93

3

1,48

0,97

4

1,45

0,80

5

1,41

0,99

6

1,31

0,87

7

–

0,72

Průměr

1,40

0,88

Sm. odchylka

0,062

0,095

Nejistota [%]

8,8

21,5

5.3 Nejistota stanovení a mez stanovitelnosti. Z grafického znázornění závislosti nejistoty a koncentrace byla určena hodnota meze stanovitelnosti. S přihlédnutím k vypočteným hodnotám nejistoty standardů a reálných vzorků byla určena metodou odborného odhadu mez stanovitelnosti 1,5 mg/l s nejistotou 20 %. CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)


6 Kontrola kvality – regulační diagram Ke kontrole stanovení se používá kontrolní standard hydrogenftalátu draselného, který připravujeme z komerčně dodávané chemikálie. Koncentrace kontrolního standardu je 4,00 mg/l TOC. Ke statistickému hodnocení prostřednictvím regulačních diagramů je používán program Labsys. Obr. 3 – Regulační diagram – pro kontrolní standard 4,00 mg/l

Z regulačního diagramu je patrné, že je metoda stabilní a s postupným uplatňováním v rutinní praxi dochází k jejímu zpřesňování.

7 Okružní rozbory Naše laboratoř se zúčastnila v roce 2013 a 2014 okružního rozboru pořádaného firmou CSlab v matrici pitná a povrchová voda a v roce 2012 a 2014 okružního rozboru – odběr vzorku „A“, „B“ a „C“.

8 Akreditace stanovení V únoru roku 2014 se konala dozorová návštěva ČIA – reakreditace. V rámci této dozorové návštěvy jsme požádali o akreditaci stanovení TOC metodou kyvetových testů LCK385. Po předložení dokumentace a předvedení metody v laboratoři jsme vyhověli veškerým požadavkům akreditačního orgánu.

9 Závěr Naše laboratoř úspěšně zavedla stanovení TOC kyvetovými testy LCK385. Touto metodou lze pomocí vložené kalibrační křivky stanovit vzorky vyčištěné odpadní vody (odtoky z ČOV) v rozsahu 3–30 mg/l. V případě stanovení nižších koncentrací v pitné, surové nebo povrchové vodě se nám osvědčilo sestrojení kalibrační přímky přizpůsobené měřeným koncentracím TOC. Validací byla určena mez stanovitelnosti 1,5 mg/l a nejistota stanovení 20 %. Stanovení přefiltrované vody je standardně prováděno 1x měsíčně ihned po odběru, díky čemuž je zajištěna možnost rychlé reakce v případě zjištění překročení mezních hodnot. Správnost výsledků je ověřována regulačním diagramem a úspěšnou účastí v okružních rozborech. Metoda je vhodná pro stanovení Dokončení na další straně

21

26.11.2015 16:20:39

LABORATORNÍ METODY

Tab. 4 – Souhrn dosažených výsledků, viz Příslušná zpráva fy CSlab Počet účastníků používajících postup Název akce

Dosažená odchylka od vztažné hodnoty [%]

ČSN EN 1484 úspěšní/neúspěšní

Komerční analytické soupravy úspěšní/neúspěšní

Jiný úspěšní/neúspěšní

PT/CHA/4 2013 pitná voda

+2,22

39/5

3/1

2/1

PT/CHA/4 2013 obtížná matrice

–6,45

16/4

1/0

–

PT/CHA/4 2014 pitná voda

0

40/0

2/0

1/0

PT/S/OV/1 2012 vzorek typ „A“

–2,9

9/2

2/0

–

PT/S/OV/1 2012 vzorek typ „B“

–6,33

9/2

1/0

–

PT/S/OV/1 2012 vzorek typ „C“

+1,39

7/2

1/0

–


+6,35

5/0

1/0

–


+9,52

4/0

1/0

–


+18,33

4/0

1/0

–


–5,56

9/1

1/0

–


–5,56

6/1

1/0

–


–8,33

6/1

1/0

–

TOC v nízkých koncentracích. Z tohoto hlediska se jeví použití kyvetových testů jako vhodná alternativa vůči stanovení TOC na mnohdy finančně nákladném analyzátoru. Dosahovaná přesnost je u obou postupů shodná.

Poznámky 1. Vzhledem k citlivosti metody je nutno dbát na čistotu reagenční zkumavky při měření. Jakákoli nečistota, např. otisky dlaně nebo prstů při manipulaci ovlivňují výsledek. Před měřením je nutno

22


zkumavku důkladně očistit! 2. Bylo zjištěno, že stanovení neovlivňuje anorganický uhlík. Jeho odstranění vytřepáním třepačkou TOC-X5 je úplné. 3. Stabilita vzorku určeného k měření je vysoká. Doporučuji provádět stanovení po zchladnutí na laboratorní teplotu, cca po 1 hodině od ukončení mineralizace. Shodného výsledku lze dosáhnout změřením i po několika hodinách od ukončení mineralizace.


26.11.2015 16:20:40

Bezodtahové digestoře a kontrola čistoty vzduchu laboratoře Poznejte i další námi nabízené laboratorní přístroje

centrifugy, ultracentrifugy biohazardy a laminární boxy dekontaminační systémy termostaty / CO2 inkubátory anaerobní a hypoxické boxy chladicí, mrazicí a kryo boxy systémy pro monitoring teploty koncentrátory vzorků, lyofilizátory

Univerzální bezodtahová digestoř

Captair Flex

Ochranný box pro PCR aplikace

Captair BIO

sterilizátory, autoklávy, myčky gel - imaging analýza mikrodestičkové readery

Senzor kvality vzduchu vaší laboratoře

HALO Sense

Je dobré vědět, co vdechujete Dostupné ve verzích detekující . těkavé organické látky . formaldehyd . výpary kyselin

purifikátory DNA/RNA - KingFisher příprava ultračisté vody pipety a laboratorní plast zařízení pro chov laboratorních zvířat další drobné laboratorní přístroje

autorizovaný servis

validace

akreditovaná kalibrační laboratoř

akreditovaná zkušební laboratoř

www.trigon-plus.cz

Ekologicky šetrné analyzátory zneèištìní ovzduší øady e-Series

Pøipojte se k naší vizi redukovat zneèištìní, množství odpadu a chránit životní prostøedí Spoleènost ENVItech Bohemia s.r.o. si dovoluje pøedstavit novou øadu analyzátorù okolního ovzduší, tzv. øadu e-Series, od pøedního evropského výrobce Environnement S.A z Francie. Zaøízení jsou urèena k mìøení látek zneèišujících životní prostøedí, jako je ozon (O3), oxid uhelnatý (CO), oxid siøièitý (SO2) a oxidy dusíku (NO, NO2 a NOx). Analyzátory jsou navrženy se zvláštní ohleduplností vzhledem k dopadùm výrobku na životní prostøedí v prùbìhu jeho celého životního cyklu, vèetnì snížené spotøeby.


S23.indd 23

23

26.11.2015 16:21:49

VODOHOSPODÁŘSTVÍ

ANALÝZA PITNÉ VODY – RYCHLE, CHYTŘE A ZCELA AUTOMATICKY MAREČEK R. Pragolab s.r.o., [email protected] Ačkoliv nedávné události, spojené se zásobováním pitnou vodou v pražských Dejvicích nebo prachatické nemocnici, nebyly způsobeny anorganickými kontaminanty, je sledování pitné vody, i z tohoto hlediska, v popředí zájmu. Mezi nejběžněji používané metody ve vodohospodářských laboratořích stále patří atomová absorpce, resp. emise (AAS, ICP-OES). Americká agentura ochrany přírody (U.S. EPA) přesto již uvádí techniku ICP-MS. Pomocí techniky hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem lze sledovat přítomnost a koncentraci většiny prvků periodické tabulky v ultrastopovém množství (obr. 1). Rozhodujícím faktorem je zde rychlost, přesnost a vysoká analytická výkonnost představovaná např. nízkou hodnotou směrodatných odchylek pro jednotlivé sledované prvky (≈2%). Obr. 1 – Metody stopové analýzy prvků

dochází k ušetření času a provozních nákladů. Základní nastavení přístroje při vzorovém měření vod zobrazuje tabulka 1 Tab. 1 – Nastavení měřicí sestavy Parametr

Hodnota

iCAP Q ICP-MS Nebulizer

PFA-ST

Průtok nebulizačního plynu

1,02 l/min

Nastavení spektrometru

Ni kony, High matrix insert

Kolizní plyn

4,8 ml/min 100% He

Napětí KDE

3V

prepFAST

V předchozím odstavci byly zmíněny tři základní faktory prokazující vhodnost ICP-MS techniky pro analýzu pitných vod. Thermo Scientific iCAP Q ICP-MS (Thermo Scientific) vyniká rychlostí analýzy, například i díky schopnosti měřit všechny analyty v metodě v jediném módu – s použitím He jako kolizního plynu za použití rozdělení podle kinetické energie (He-KED). Díky unikátnosti kolizní reakční cely s vysokou iontovou transmisí je možné měřit i lehké prvky (Li, Be, …) v He-KED modu a není nutné přepínat mezi různými reakčními plyny – významně se tedy šetří čas a tím i náklady na analýzy (na provoz zařízení, pořízení dalších technických plynů aj.)

Objem smyčky

1,5 ml

Doba analýzy

68 s

Při měření se vycházelo z normy EPA 200.8. Byly odebrány 3 litry vody z vodovodního řadu do HDPE kontejneru a následně okyseleny na 1% v/v HNO3. Z takto připravené zásoby bylo odpipetováno 20 ml do 50 ml zkumavky. Standardy a kontrolní roztoky byly připraveny podle schématu na obrázku 3. Obr. 3 – Schéma přípravy (a) standardů a (b) kontrolních roztoků z jednoho "master" standardu pomocí prepFAST

Obr. 2 – Thermo Scientific iCAP Q ICP-MS a ESI prepFAST

Pro ovládání analytické sestavy, a následně i vyhodnocování výsledků, je použito SW platformy Qtegra, která v sobě obsahuje, mimo jiné, předpřipravenou šablonu pro měření podle normy EPA 200.8. Jediné, co je vyžadováno na uživateli, je zadání počtu vzorků. Ve spojení ICP-MS iCAP Q (Thermo Scientific) a automatického ředicího a dávkovacího systému ESI prepFAST je ukryto kouzlo posunutí rychlosti a analytické výkonnosti této techniky o další úroveň. Automatické ředicí systémy jsou schopné samostatně vytvářet sady kalibračních standardů z jednoho „master“ standardu, ředit jednotlivé vzorky, nebo zajišťovat doředění a přeměření vzorků, nacházejících se mimo kalibrační rozsah. Ve spojení s vícecestnými pumpami je pak dosaženo doby měření 68s na vzorek. Opět zde

24

Pragolab_Mareček.indd 24

Obr. 4 – Automaticky přidaná reanalýza při přeměřování vzorku


26.11.2015 16:22:36

VODOHOSPODÁŘSTVÍ

Obr. 5 – Automatické přeměření vzorku

odchylky hodnot naměřených koncentrací kontrolních prvků v rozmezí ±10%. Hodnoty se směrodatnými odchylkami a směrodatné odchylky jsou uvedeny na obrázku 6. Obr. 6 – Přesnost a hodnota směrodatných odchylek

Bylo analyzováno více než 100 vzorků. Výsledky, které se nacházely mimo kalibrační rozsah, vedly k automatickému doředění a přeměření daného vzorku (obr. 4 a 5). V průběhu analýzy bylo prováděno ověřování kalibrace po každých deseti naměřených vzorcích. Norma EPA 200.8 vyžaduje

Thermo Scientific iCAP Q ICP-MS spojený s ESI autosamplerem prepFAST se osvědčil jako vhodná sestava pro sledování vzorků v oblasti kontroly životního prostředí a zejména pitné vody. Automatický ředicí systém ESI prepFAST nezabírá v laboratoři více místa, než by zabíral samotný přístroj ICP-MS iCAP Q, neboť rychlý dvojventil je nainstalován přímo na přístroji ICP-MS v oblasti přívodu vzorku a automatický ředicí systém prepFAST je součástí autosampleru. Spektrometr iCAP Q navíc vyniká půdorysem cca 80 x 80 cm. Celá sestava se ovládá pomocí SW platformy Qtegra, která obsahuje všechny potřebné funkce pro rychlou a jednoduchou analýzu v laboratořích vyžadujících vysokou průchodnost vzorků.

KVALITNÍ FOSFOR Z MĚSTSKÝCH ODPADŮ V laboratořích švýcarské inovační firmy AVA-CO2 byla již dříve laboratorně testována recyklace fosforu a nyní byl úspěšně vyvinut nový proces extrakce fosforu z vysokoteplotní hydrokarbonizace (HTC) odpadních kalů z městských ČOV. Za grantové podpory Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) byla loni v Karlsruhe postavena první jednotka a vyzkoušena pilotní technologie AVA cleanphos process na zpětné získávání fosforu z městských odpadních kalů. Ta bude celý rok ve zkušebním provozu pro ověření spolehlivosti do provozního měřítka. Technologie byla vytvořena za spolupráce Univerzity Hohenheim a projekční skupiny pro Material cycles and resource strategy při Fraunhoferově Institutu pro výzkum silikátů v Karlsruhe. Projekt má demonstrovat, že technologie AVA cleanphos je schopna produkovat nákladově efektivní recyklační na nutrienty bohaté hnojivo určené rostlinám z odpadních kalů.

Obr. – Pilotní technologie AVA cleanphos v Karlsruhe

Přelomová průmyslová technologie AVA cleanphos vyhovuje požadavkům novely vyhlášky o zpracovávání odpadních kalů. Na rozdíl od existujících metod HTC zpracování kalů před izolací fosforu má potenciál lepší účinnosti a hospodárnosti. Produkuje dva průmyslově zajímavé produkty – hodnotné hnojivo a bezfosforové uhlí, které lze v budoucnu použít jako náhradu hnědého nebo černého uhlí s podstatně nižší emisí CO2. „HTC proces v kombinaci s technologií AVA cleanphos dláždí cestu k použitelné, dlouhodobé recyklaci odpadních kalů,“ říká Thomas Kläusli ze společnosti AVA-CO2.

hodnotných fosfátů, takže jejich recyklace je vrací ve velkém množství znovu do půdy. Avšak tyto kaly obsahují také mnoho patogenů a těžkých kovů,“ dodává prof. Dr. Andrea Kruse, zemědělská odbornice na Univerzitě Hohenheim. „Řada existujících technologií na recyklaci fosforu odpadní kaly před extrakcí zpopelňuje a z popela dělá hnojivo. Avšak tato metoda je nákladnější a komplikovanější než HTC.“

Metoda také otevírá nové možnosti pro zemědělce. „Odpadní kaly obsahují mnoho

Vědeckou podporu projektu zajišťuje skupina pro výzkum silikátů Fraunhoferova institutu a nadále bude provádět i on line detailní analýzy předpisů pro hnojiva. Švýcarská společnost AVA-CO2 se sídlem ve městě Zug, otevřela v říjnu 2010 v Karlsruhe první průmyslovou demonstrační HTC. V lednu 2014 uvedla do provozu první komerční jednotku na výrobu 5-HMF pod názvem Biochem-1.

Fosfáty se těží v Číně, USA a Maroku. „Tyto zdroje jsou již velmi vytěžené a další těžba musí probíhat hloubkově. Hloubková těžba však fosfáty kontaminuje těžkými kovy, třeba uranem, a ten nakonec končí opět v půdě. Tudíž stoupá poptávka po nových


Pragolab_Mareček.indd 25

zdrojích fosfátů. Takže technologie AVA cleanphos nabízí rozumné řešení,“ říká prof. A. Kruse.

Společnost AVA-CO2 je na přední příčce v aplikacích recyklace odpadních kalů a jiných organických zbytků a ve výrobě vysoce užitných produktů, jako je aktivní uhlí nebo saze, pomocí hydrotermální karbonizace HTC. Díky tomu vede vývoj takových technologií, jakou je AVA cleanphos pro recylkaci fosforu z karbonizované biomasy. Zajišťuje řadu služeb, včetně patentových řízení pro velkoobjemové výroby chemikálie 5-Hydroxymethylfurfuralu (5-HMF) na biologické bázi. 5-HMF je obnovitelná alternativa petrochemického produktu a je používán v chemii a farmacii. Dceřiná společnost AVA Biochem, již vyrábí vysoce čistý 5-HMF pro trh chemických specialit. Univerzita Hohenheim byla založena v roce 1818 po zničujícím hladomoru. V současnosti provádí výzkum inovativních řešení na základě sociálních potřeb. Vyučuje řadu odvětví a patří mezi nejlepší zemědělské a potravinářské univerzity v Německu. www.ava-co2.com, www.uni-hohenheim.de

25

26.11.2015 16:22:36

ÚPRAVA VODY

HLEDISKA PRO VÝBĚR ÚPRAVNY VODY Doba přípravy demineralizované a následně deionizované vody pomocí elektrodestilačních a iontoměničových technologií je již většinou minulostí. V dnešní době požadavků na energeticky úsporné technologie se používají elektrodestilační technologie pouze tam, kde je to naprosto nezbytné. Reverzní osmózy Goldman water pracují v jednoduchém režimu s mechanickým ovládáním provozu otevřením přívodu vody, nebo ve spojení s hladinovou automatikou umístěnou v zásobníku. Odběr upravené vody je možný gravitačním výtokem, nebo zařazenou tlakovou stanicí. Každá úpravna musí respektovat kvalitu zdroje vody, požadavek na množství upravené vody za hodinu nebo směnu, příslušnou normu kvality produktu podle ČSN a způsob skladování, velikost zásobníku a případný tlakový režim transportu vody k odběru. Tyto jednotlivé požadavky a podmínky vytvářejí nekonečnou řadu variant. Malé úpravny bývají zmenšenou a zjednodušenou obdobou velkých klasických jednotek.

Kategorie kvality upravené vody Program úpraven vody Goldman water nabízí přípravu purifikovaných vod v několika základních normách ČSN ISO: • Základní purifikovaná voda odpovídající normě ISO EN 285 + A2 je určena pro napájení sterilizačních a desinfekčních přístrojů. V praxi jsou to sterilizátory, autoklávy, myčky, oplachy nástrojů a veškeré použití, kde nejsou zvýšené požadavky na specifickou vodivost. Jedná se o základní purifikovanou vodu odpovídající svojí kvalitou destilované vodě. • Voda v kvalitě pro potřeby akreditovaných laboratoří, včetně laboratoří klinické

26

Goldman water.indd 26

biochemie, hematologie, imunologie. Příslušná norma podle ČSN ISO 3696 typ 2, NCCLS Type II DI, vodivost do 1,0 uS/ cm. Purifikovaná voda ve zmíněné kvalitě se připravuje ze základní demineralizované vody jako ve výše uvedeném případě, s následných přechodem přes iontoměničový purifikátor (mixbed), který dále sníží vodivost na požadovanou hodnotu. Voda této kvality se používá i jako vstup do různých testovacích komor, na chlazení výbojek a řadu použití, kde již nevyhovuje specifická vodivost jako v předchozí úpravě. • Další možností je doúprava vody v kvalitě ČSN ISO 3696 typ 2, NCCLS Type II DI, vodivost do 1,0 uS/ cm. Tato voda nemívá zaručenu mikrobiologickou čistotu. Pro využití takto připravené vody v souladu s Českým lékopisem 2009 je nutné odběrní místo vybavit UV zářičem, případně mikrofiltrem s pórozitou 0,2 µm. Takto upravená voda (aqua purificata) musí být používána v souladu s ČL 2009 a zpracována týž den. Využití je ve farmacii pro přípravu léků a desinfekčních přípravků a všude tam, kde to povoluje předpis ČL 2009. Výjimku tvoří přípravky, kde je výslovně předepsáno použití injekční vody (aqua pro injectione). • Existuje řada dalších aplikací, kde je zapotřebí připravit vodu v určité kvalitě, množství a režimu dodávky ke spotřebičům, nebo konečnému odběru. Konkrétní požadavky jsou řešeny individuálně na základě jednání. Jsme naprosto přesvědčeni, že se výrazně odlišujeme nabídkou služeb a odborné asistence. Je za námi 25 roků intenzivní práce v oboru. Veškeré materiály obsažené

Obr. – Úpravna vody Goldman water

v nabídkách a následném servisu máme v každém okamžiku skladem. Pro zásah v případě poruchy disponujeme řadou techniků připravených k okamžitému výjezdu. Současně provádíme opravy a rekonstrukce, včetně náhrad starších již nevyhovujících úpraven vody. Podstatnou činností je pravidelný provozní servis, který je sledován a hlídán informačním systémem. Frekvence výměn spotřebního materiálu odpovídají stavu vyčerpání provozních náplní a jsou případně upravovány podle situace. Jelikož jsme výrobce úpraven ve většině uvedených typů vody, jsou tato zařízení certifikována a mají vystaveno CE a Prohlášení o shodě. Produktem je upravená voda, která je certifikována v ITC na soulad s příslušnou normou, pro kterou je úpravna určena. Společnost pracuje v režimu ISO 9001:2009 a ISO 14001:2005 a uvedené materiály jsou k dispozici na www.goldmanwater.cz.


26.11.2015 16:24:31

RAMANOVA MIKROSKOPIE

CHARAKTERIZACE STABILIZAČNÍCH SMĚSÍ PRO POLYOLEFINY POMOCÍ DISPERZNÍHO RAMANOVA MIKROSKOPU VELVARSKÁ R., FIEDLEROVÁ, M., ŠTĚPÁNEK K. Výzkumný ústav anorganické chemie a.s., Litvínov, [email protected] 1 Úvod Už několik desetiletí se společnost zaměřuje na výrobu užitných produktů z ekologicky šetrných a odbouratelných materiálů na přírodní bázi (ve své podstatě biopolymerů). Přesto je však v nesrovnatelné míře drtivá většina výrobků představována klasickými polymerními materiály „syntetického“ typu. Ty jsou připravovány polymerizací monomerů jako produktů petrochemického průmyslu. Dnešní makromolekulární věda dokáže připravit speciální materiály podle předem žádaných vlastností, od biopolymerů používaných v náročných lékařských aplikacích, přes materiály vyznačující se mimořádnou elasticitou, kterou si uchovávají při velmi nízkých teplotách. Popřípadě materiály, které své vlastnosti a tvarovou stálost udržují i při vysoké zátěži, vysoké teplotě nebo v korozívním prostředí. Velké výhody před klasickými materiály (např. kovovými) spočívají především ve snadném zpracování polymerů na užitné výrobky. Základní vlastnosti polymerů, které jsou dány strukturou makromolekul, jsou ovlivnitelné například výběrem monomeru nebo způsobem polymerizace. Řadu vlastností, jako stabilita a nežádoucí degradace, je možné ovlivnit přídavky stabilizátorů, které představují monomolekulární či oligomerní sloučeniny dobře mísitelné s vlastním polymerem. Na stabilizátory jsou kladeny náročné požadavky: vyrobený polymer nesmí barvit, nesmí se z něj „vypocovat“, pro styk s potravinami musí prokázat zdravotní nezávadnost (obalová technika), musí mít minimální rozpustnost ve vodě a neměly by být snadno extrahovatelné běžnými organickými rozpouštědly. Stabilizátory podle svého účelu tvoří odpovídající kategorie. S ohledem na účel použití plastu a na jeho složení i způsobu následného zpracování se někdy používají kombinace určitých druhů stabilizátorů pro zvýšení účinku na bázi synergie [1]. Jedná se například o tepelné antioxidanty, rozkladače hydroperoxidů, UV stabilizátory pro vnější aplikace, vodivé saze pro vodivé plasty. Kromě stabilizátorů plasty obsahují i další nezbytné látky, které se přidávají pro dosažení technických účinků v konečném produktu. Jedná se například o změkčovadla (např. ftalové estery do PVC), lubrikanty při zpracování termoplastů, nukleační činidla [2–4], antistatická činidla, Tab. 1 – Obsah čistých složek ve stabilizačních směsích (% hm.) Složka [% hm.] CaSt

Stabilizační směs A–24

Q1

DB–05

DL–01

R–08

14,29

14,29

–

30,30

–

Irganox 3114

28,57

–

–

–

–

Irgafos 168

57,14

28,57

26,47

18,18

27,91

Irganox 1010

–

28,57

8,82

15,15

9,30

Irganox 1330

–

28,57

–

–

– 4,65

Hycite 713

–

–

5,58

–

Finastat

–

–

29,41

–

–

Palmarole

–

–

29,41

–

–

Dimodan HP

–

–

–

30,30

34,88

HPN 20–E

–

–

–

6,06

–

ADK STAB NA 21

–

–

–

–

23,26

HPN 68L

–

–

–

–

–

HPN 600ei

–

–

–

–

–


VuAnCh_Raman.indd 27

emulgátory, plnidla, modifikátory rázové houževnatosti, maziva, plastifikátory, separační prostředky, rozpouštědla a zahušťovadla. Stabilizátory a ostatní přídavné látky se obecně nazývají aditiva. Charakter aditiv může být jak organický (alkylfenoly, hydroxybenzofenony, fosfitické estery, 2,2,6,6 – tetramethyl piperidiny a jejich složitější deriváty-HALS), tak anorganický (oxidy, soli) a organokovový (Ni, Zn komplexy) [5]. Potřebná úroveň stabilizace nebývá obvykle dosahována jediným stabilizátorem, ale obvykle stabilizační směsí. Z technologického hlediska je výhodné dávkovat jednotlivé stabilizátory jako součást kompozitních směsí, což je přesnější, levnější a zaručuje, že granulované kompozitní směsi budou dávkovány v definovaných poměrech. Pro charakterizaci jednotlivých složek ve stabilizačních směsích je však třeba mít k dispozici analytickou metodu, která umožňuje stanovení jak organických, anorganických složek, tak i organokovových komplexů, a která zároveň bude časově a finančně nenáročná a bude vyžadovat minimální úpravu vzorku. Vhodnou metodou je například Ramanova spektrometrie, při které dochází k interakci elektromagnetického záření určité vlnové délky s vibračními pohyby molekul a výsledkem je neelastický Ramanův rozptyl fotonů, který je zaznamenává v podobě vibračních pásů ve spektru [6]. Podmínkou pro vznik Ramanových spekter je změna polarizovatelnosti molekuly. Pokud k ní nedochází, není možné ve spektrech pozorovat Ramanův rozptyl [7]. Díky pokrokům v technologiích se stává Ramanova spektrometrie důležitým analytickým nástrojem poskytujícím robustní analýzy za přijatelné pořizovací náklady. Dále poskytuje vysokou stabilitu, optickou účinnost, velký skenovací rozsah a vysoké rozlišení, čehož lze využít při charakterizaci materiálů [6]. V posledních letech se na trhu vyskytuje mnoho komerčních jednoúčelových Ramanových analyzátorů, což podporuje rozvoj dalších aplikací Ramanovy spektrometrie nejen v petrochemickém odvětví.

2 Experiment Cílem experimentu byla kvalitativní charakterizace sedmi originálních stabilizačních směsí (A–24, Q1, DB–05, DL–01, R–08, A–15–L a Z–01) a jejich čistých složek, které jsou přidávány do polyolefinů (PE, PP). Základní složení uvádí tab. 1. Směs A24 obsahovala jako jediná pouze 3 složky. Ostatní stabilizační směsi obsahovaly 4–6 složek. Čisté složky jsou označovány komerčními názvy. A–15–L Z–01 K experimentu byl využit disperzní Ramanův mikroskop od firmy Nicolet CZ 8,33 8,51 s využitím laserů o vlnových délkách 532 – – nm a 633 nm. Pro každou stabilizační směs 18,75 19,15 i čistou složku byla nalezena optimální apertura, výkon laseru a doba expozice. Touto 6,25 6,38 instrumentací bylo proměřeno celkem 7 – – originálních stabilizačních směsí a jejich 4,17 4,26 čisté složky (celkem 13). Stabilizační směsi – – byly dodány ve formě granulí, které byly rozetřeny v achátové třecí misce, čisté složky – – měly charakter sypkého prášku, tudíž nepo52,08 53,19 třebovaly další úpravu. Vzorky byly v malém – – množství nanášeny na vzorkovací destičku a roztaženy do tenké vrstvy. Pro zazname– – návání spekter byl použit program OMNIC. 10,42

–

–

8,51

Dokončení na další straně

27

26.11.2015 16:25:41


3 Výsledky V průběhu měření bylo zjištěno, že pro všechny uvedené stabilizační směsi a čisté složky není vhodný stejný typ laseru. Kvalita spekter byla závislá na zvoleném laseru. Nicméně u některých směsí či složek bylo získáno kvalitativně stejné spektrum při použití laseru 532 nm i 633 nm. Pro měření stabilizační směsi A–15–L se ukázal jako vhodnější laser s vlnovou délkou 532 nm, neboť ve spektrech byly pozorovatelné intenzivnější vibrační pásy, zejména v oblasti nad 2 500 cm-1. V této oblasti je intenzita vibračních pásů mnohonásobně vyšší než při použití laseru 633 nm, a lze tak vyloučit možnou změnu intenzity vlivem zaostřování mikroskopu. Kvantitativní vyhodnocení Ramanovy spektrometrie je realizováno tvorbou tzv. matematického modelu. Příčinou je různá optická dráha při zaostřování každého vzorku mikroskopem. V oblast 1 900–450 cm-1 jsou vibrační pásy rovněž intenzivnější při 532 nm než při 633 nm. Oblast tzv. fingerprintu (1 300–450 cm-1) je pro každou sloučeninu charakteristická, proto je využívána zejména ke kvalitativnímu stanovení. Na obr. 1 je vyobrazeno porovnání spekter stabilizační směsi A–15–L změřené laserem 532 nm a 633 nm.

složky se navzájem ovlivňují. Vliv složení na intenzitu a další interpretaci spekter lze pozorovat například při srovnání stabilizačních směsí A–15–L a Z–01, které obsahují pět stejných složek – kalcium stearát (CaSt), Irgafos 168, Irganox 1010, Hycite 713 a Dimodan HP v přibližně srovnatelném množství. Nicméně stabilizační směs A–15–L dále obsahuje HPN 68L a směs Z–01 obsahuje HPN 600ei. Tento rozdíl v jediné složce má za následek vznik dvou kvalitativně stejných spekter s výjimkou oblasti přibližně 550 cm-1. Změna jediné složky ve stabilizační směsi způsobila navíc nezbytnost volby jiného laseru. S využitím funkce lineárního mapování bylo pořízeno 3D spektrum směsi Z–01, které se nachází na obr. 3. Na krystalu pod mikroskopem byla vytyčena přímka o délce 300 μm s 9 body, vzdálenost mezi nimi byla 37 μm. Tato lineární mapa potvrdila homogenní charakter stabilizační směsi. Rozdílná intenzita vibračních pásů u jednotlivých bodů byla způsobena rozdílnou optickou dráhou v důsledku ne zcela planárního charakteru vzorku. Obr. 3 – Ramanova spektra stabilizační směsi Z–01 v 3D zobrazení

Obr. 1 – Porovnání spekter stabilizační směsi A–15–L s využitím laseru 532 nm a 633 nm

U stabilizačních směsí A–24 (obr. 4), Q1, DB–05 a R–08 byly vibrační pásy nad 2 500 cm-1 intenzivnější při 532 nm, avšak v oblasti 1 900–450 cm-1 byla intenzita pásů srovnatelná s laserem 633 nm, z toho důvodu je možné pro kvalitativní vyhodnocení využít jak laser 532 nm, tak laser 633 nm. Obr. 4 – Porovnání spekter stabilizační směsi A–24 s využitím laseru 532 nm a 633 nm

Naopak spektra stabilizačních směsí DL–01 a Z–01 (obr. 2) změřená s využitím laseru 633 nm vykazovala intenzivnější vibrační pásy zejména v oblasti 1 900–450 cm-1 než spektra získaná laserem 532 nm. Vibrační pásy v oblasti nad 2 500 cm-1 jsou naopak intenzivnější při 532 nm, nicméně se nejedná v tomto případě o oblast vhodnou pro kvalitativní stanovení, proto byl zvolen jako vhodnější laser 633 nm. Zároveň spektrum naměřené laserem 633 nm obsahuje větší počet vibračních pásů, které je možné využít k přesnější identifikaci vzorku. Obr. 2 – Porovnání spekter stabilizační směsi Z–01 s využitím laseru 532 nm a 633 nm

Následující obr. 5 prezentuje spektra všech 7 stabilizačních směsí. Jednotlivá spektra se od sebe liší natolik, že je možné na jejich základě od sebe rozlišit jednotlivé stabilizační směsi, což je vhodné zejména pro rychlou identifikaci práškových vzorků jednoúčelovým Ramanovým analyzátorem velmi často používaným v provozních zařízení. Zejména podle oblasti 1 900–450 cm-1 je možné určit typ stabilizační směsi.

Ze spekter směsi A–15–L (obr. 1) a Z–01 (obr. 2) je patrné, že při volbě laseru záleží na složení konkrétní směsi, neboť jednotlivé

28


Následně byla zkoumána možnost využití Ramanovy spektrometrie při identifikaci a charakterizaci hlavních složek stabilizačních systémů. Ty se vyskytují téměř v každé receptuře a obvykle ve vyšších koncentracích. Proto bylo proměřeno všech 13 čistých složek a stabilizačních směsí s využitím laseru 532 nm a 633 nm. Většinu čistých složek tvoří organické látky, některé jsou solemi organických kyselin s anorganickými kationty (Ca2+), jen ojediněle jsou používány čistě anorganické složky (např. Hycite 713 je CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:25:49


Al-Mg-CO3-OH hydrotalcit). Jeho přídavek do polyolefinů zabraňuje deaktivaci funkčních stabilizátorů a neutralizuje kyselé zbytky polymeračních katalyzátorů. Obr. 5 – Ramanova spektra stabilizačních směsí

Ve spektru stabilizační směsi A–24 se při vlnočtu 1 062 cm-1 nachází vibrační pás, který přísluší kalcium stearátu, tento vibrační pás lze s určitostí přiřadit zmíněné složce, neboť se nepřekrývá s jinými vibračními pásy Irgafosu 168 a Irganoxu 3114. Vibrační pásy, jimž přísluší vlnočet 1276 a 1249 cm-1, nalezené ve směsi A–24 náleží Irgafosu 168. Poslední čistou složku, Irganox 3114, lze ve směsi identifikovat vibračním pásem při 1 757 cm-1. Některé vibrační pásy čistých složek se navzájem překrývají, proto není možné je jednoznačně určit, ke které složce přísluší. Z toho důvodu není možné u vícesložkových stabilizačních směsí provést jednoznačnou identifikaci vibračních pásů. Obr. 7 – Porovnání spekter stabilizační směsi A–24 se spektry jejích čistých složek

Pro účel této práce byly jako hlavní složky zvoleny Irgafos 168, Irganox 1010, kalcium stearát, Dimodan HP a HPN 20E s ohledem na jejich význam, stabilizační účinnost a významné procentuální zastoupení. Jejich spektra jsou uvedena na obr. 6. Z chemického pohledu Irgafos 168 představuje hydrolyticky stabilní fosfitový antioxidant, který reaguje v průběhu zpracování s hydroperoxidy, jež vznikají autooxidací polymerů. Zabraňuje indukované degradaci a prodlužuje životnost primárních antioxidantů. Irganox 3114 a Irganox 1010 jsou multifunkční fenolické antioxidanty, které chrání substráty před tepelnou a oxidační degradací tím, že zachytí a stabilizují volné radikály poskytnutím aktivního atomu vodíku. Kalcium stearát je vysoce účinný lubrikant ochraňující polymer (termoplast) na různých úsecích tepelného zpracování. Dimodan HP je destilovaný monoglycerid a je používán jako lubrikant i antistatikum. HPN 20E je nukleačním činidlem pro termoplasty (PE, PP) a chemicky představuje vápenatou sůl kyseliny 1,2 cyklohexan-dikarboxylové. Obr. 6 – Ramanova spektra čistých látek

4 Závěr Cílem práce bylo prověřit využití Ramanovy spektrometrie pro charakterizaci 7 originálních stabilizačních směsí a jejich 13 čistých složek. To bylo prověřeno za použití dvou typů laserů (532 nm a 633 nm) v závislosti na složení analyzovaných směsí. Byla zjištěna rozdílná citlivost použitých laserů ve spektrální oblasti pro různé složky stabilizačních směsí. Vedle stabilizačních směsí byly proměřeny jejich jednotlivé čisté složky. Z analýzy jednotlivých spekter vyplynulo, že Ramanova spektrometrie je vhodná metoda pro kvalitativní posouzení kompozitních stabilizačních směsí, kterou lze vhodným způsobem upravit jako operativní metodu pro kontrolu a řízení jakosti v petrochemickém průmyslu. Z dalších experimentů, které v této práci nejsou uvedeny, vyplývá, že Ramanova spektrometrie umožňuje při vhodném kompozitním složení kvantitativní stanovení, v případě nutnosti s použitím další analytické metody.

5 Literatura [1] VASILE, C. Handbook of Polyolefins (2nd Edition). New York (USA) : CRC Press, 2000. [2] CIBA INC. Irgafos 168 (2009) – datasheet. http://shanghaiguanan.com/pic/2014916113835287.pdf, (6.8.2015) [3] CIRILO, G., IEMMA, F. Antioxidant Polymers: Synthesis, Properties, and Applications. Somerset (USA) : John Wiley & Sons, 2012. Pro účely kontroly jakosti kompozitních směsí stabilizátorů polyolefinů je často dostačující stanovit přítomnost hlavních složek stabilizačních systémů tak, jak byly výše uvedeny, přiřazením konkrétních pásů Ramanova spektra jednotlivým sloučeninám a tak směs kvalitativně charakterizovat. Z toho důvodu byla dále zkoumána možnost kvalitativního stanovení konkrétních složek ve stabilizační směsi. Ukázalo se, že u směsí obsahující 3 složky (obr. 7) je možné na základě přiřazení konkrétních vibračních pásů zjistit, zda směs obsahuje či nikoliv požadovanou sloučeninu, která je nezbytná pro petrochemickou výrobu. CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)


[4] APPLEWHITE, T.H. World Conference on Oleochemicals into the 21st Century: Proceedings. Champaign (USA) : The American Oil Chemists Society, 1991. [5] BART, J. Additives in Polymers: Industrial Analysis and Applications. Hoboken (USA) : Wiley, 2005. [6] KOENIG, J.L. Infrared and Raman Spectroscopy of Polymers. Shrewsbury (GBR) : Smithers Rapra, 2001. [7] FERRARO J.R.; NAKAMOTO K.; BROWN Ch. W. Introductory Raman Spectroscopy. Burlington (USA): Academic Press, 2002.

29

26.11.2015 16:25:56

MIKROSKOPIE

OSVĚTLOVACÍ SYSTÉMY PRO STEREO-MIKROSKOPY ŠKORÍK V., KOPECKÝ M. Pragolab s.r.o., [email protected] Tento článek dává uživatelům stereo-mikroskopů užitečné rady při volbě optimálního osvětlení nebo osvětlovacích systémů pro pozorování vzorku. Osvětlení použité pro mikroskopické pozorování má velmi významný vliv na konečnou kvalitu obrazu. Výběr osvětlení pro dosažení nejlepších výsledků závisí na typu vzorku, aplikaci a účelu mikroskopického pozorování [1, 2, 3, 4]. Následující informace by měly pomoci uživatelům mikroskopu vybrat osvětlovací systémy (obr. 1), které produkují nejlepší výsledky pro zobrazování.

Obr. 2 – Kruhové osvětlení – Ring Light (RL)

Obr. 1 – Leica LED5000 a LED3000 osvětlení

Výhody LED (Light Emitting Diode) osvětlení Ve srovnání s běžně používanými halogenovými svítidly poskytuje technologie LED osvětlení pro zobrazování několik výhod:

Obrázek 3 znázorňuje koaxiální osvětlení (CXI), kdy je světelný paprsek veden skrz optiku a odražen od vzorku. Takový typ osvětlení je nejlepší pro hladké a reflexní vzorky. Je užitečné zejména v případě, kdy musí být posouzeny jemné trhliny nebo kvalita povrchu. Obr. 3 – Koaxiální osvětlení – Coaxial illumination (CXI)

– delší životnost (25 000 až 50 000 hodin), – nižší spotřeba energie, – přirozená barevná teplota, – zdroj „studeného světla“ způsobuje méně uvolněného tepla (vhodné pro tepelně citlivé vzorky), – praktický kompaktní design, – konstantní barevná teplota i při nízkých úrovních jasu.

Klíčové faktory pro výběr osvětlení Existuje několik důležitých faktorů, které je třeba zvážit při výběru správného typu osvětlení pro vysoce kvalitní pozorování a zobrazování vzorku: – Jaký typ vzorku bude pozorován? – Které části vzorku budou pozorovány?

Obrázek 4 znázorňuje blízké vertikální osvětlení (NVI) s LED diodami umístěnými velmi blízko optické osy, a tak poskytuje osvětlení téměř bez stínu. Je praktické pro vzorky s vybráním a hlubokými dírami, nebo vzorky, které vyžadují dlouhé pracovní vzdálenosti. Obr. 4 – Blízké vertikální osvětlení – Near vertical illumination (NVI)

– Jaké problémy jsou se současným typem osvětlení? – Je nutné mít přístup ke vzorku při mikroskopickém pozorování, např. manipulace se skalpelem, pinzetou, páječkou, nebo jinými pomůckami? Uživatelé si mohou vyzkoušet více typů osvětlení s cílem nalézt optimální osvětlení, např. při domluvené demonstraci různých osvětlovacích soustav s prodejním zástupcem firmy Leica Microsystems nebo autorizovaným prodejcem, před rozhodnutím, kterou z nich koupit. Osvětlovací systémy řady Leica LED5000 se používají hlavně pro vysoce výkonné stereo mikroskopy, např. Leica M125, M165, M205. Systémy řady LED3000 se používají hlavně pro běžné stereo mikroskopy, např. Leica S4, S6, S8 APO, M50, M60, M80 [5]. Některé základní informace o osvětlení řady Leica LED5000 a LED3000 jsou uvedeny níže.

Obrázek 5 znázorňuje bodové osvětlení (SLI) s pružnými husími krky. Nabízí vysoký kontrast osvětlení vhodný pro mnoho typů vzorků. Obr. 5 – Bodové osvětlení – Spotlight illumination (SLI)

Přehled osvětlovacích systémů LED (Light-Emitting Diode) Obrázek 2 znázorňuje kruhové osvětlení (RL), které dává jasné a rovnoměrné osvětlení vhodné pro mnoho typů vzorků. Kromě toho jsou k dispozici difuzory a polarizační sady. Tyto doplňky snižují problémy oslnění a zvýraznění skvrn.

30

Pragolab_Mikroskopy.indd 30


26.11.2015 16:26:44

MIKROSKOPIE

Obrázek 6 znázorňuje difuzní a vysoce difuzní (rozptýlené) osvětlení (DI a HDI) určené pro vysoce reflexní vzorky, které se obtížně pozorují vzhledem k velikosti zpětně odraženého světla.

Obr. 11 – Vlevo: kruhové osvětlení (RL), vpravo: vysoce difuzní osvětlení (HDI)

Obr. 6 – Difuzní a vysoce difuzní osvětlení – Diffuse and highly diffuse illumination (DI a HDI)

Obr. 12 – Vlevo: CXI, střed: RL, vpravo: NVI

Závěr Obrázek 7 znázorňuje multi-kontrastní osvětlení (MCI) využívající kontrast osvětlení ze dvou různých směrů a úhlů. Obr. 7 – Multi-kontrastní osvětlení – Multi-contrast illumination (MCI)

Nalezení nejlepšího osvětlovacího systému pro pozorované vzorky stereo-mikroskopem není vždy jednoduché. Rady a doporučení uvedená v této zprávě mohou pomoci uživatelům při výběru různých osvětlovacích soustav, které dávají nejlepší obrazové výsledky při sledování stereo-mikroskopem a při záznamu obrazu.

Literatura [1] Nelson, L.: Sample Determines Lighting Techniques, Back to Basics Microscopy. R&D Magazine 43 (7): 49 (2001) [2] Diez, D.: Metallography – an Introduction: How to Reveal Microstructural Features of Metals and Alloys. Science Lab

Obrázek 8 znázorňuje podsvícené osvětlení (BLI), které poskytuje osvětlení transparentních vzorků. Obr. 8 – Podsvícené osvětlení – Back light illumination (BLI)

[3] Christian, U., and Jost, N.: Metallography with Color and Contrast: The Possibilities of Microstructural Contrasting. Science Lab [4] Ockenga, W.: Polarization Contrast: An Introduction. Science Lab [5] Goeggel, D.: Factors to Consider When Selecting a Stereo Microscope. Science Lab

SOFTWARE BIOLOGIC NYNÍ JIŽ I PRO WINDOWS 10

Výsledky s Leica LED5000 a LED3000 osvětlením Příklady výsledných snímků za použití různých typů osvětlení jsou uvedeny na obrázcích 9–12. Snímky byly pořízeny s Leica M165 stereo-mikroskopem, Leica DFC495 digitální kamerou a osvětlovacím systémem řady LED3000 nebo LED5000. Obr. 9 – Vlevo: kruhové osvětlení (RL), vpravo: blízké vertikální osvětlení (NVI)

Obr. 10 – Vlevo: kruhové osvětlení (RL), vpravo: koaxiální osvětlení (CXI)

Bio-logic SAS, Claix, Francie, oznámila úspěšně dokončenou validaci populárních řídicích programů potenciostatů a testerů baterií EC-Lab® a BT-Lab® pro MS Windows® 10 64b. Programy jsou již nyní k dispozici ve verzích EC-Lab® V10.44 and BT-Lab® V1.10. Francouzská firma Bio-logic SAS systematicky vyvíjí a produkuje rozsáhlý program vědecké, výzkumné a testovací elektrochemické instrumentace, např. potenciostatů/galvanostatů, jedno- i vícekanálových, boosterů, elektrochemických skenovacích systémů, testovacích stanic baterií, akumulátorů a palivových článků. Má rovněž i rozsáhlou divizi vývoje a výroby zařízení pro rychlé kinetické metody, jako jsou Stopped-Flow, Quench-Flow, mT-Jump, Freeze-Quench, EPR Stopped-Flow, typicky se spektroskopickou, CD a vodivostní detekcí. Téměř 30 let existence Biologic SAS umožňuje přinášet na trh pravidelně inovace i zcela nová analytická zařízení a technická řešení. Specializace na vývoj, konstrukci a výrobu ultrarychlých spektrometrů, detekci a zpracování rychlých transientních signálů, jak v oblasti optických i elektrochemických zařízení, je spojena s použitím vysoce kvalifikovaných měřicích a datových systémů. Na uvedení nového operačního systému Microsoft Windows reaguje Biologic SAS, jako jeden z prvních v této oblasti, ohlášením úspěšné validace programů EC-Lab® a BT-Lab® pro 64 bitovou verzi MS Windows 10®, řídicí SW pro potenciostaty/galvanostaty, proudové boostery, load-boxy a zařízení na testování baterií, akumulátorů a superkapacitorů. Na rozdíl od většiny konkurentů lze elektrochemická zařízení od Biologic SAS k PC připojit jak přes Ethernetové rozhraní, tak i přes USB. Zástupce firmy Biologic SAS uvádí: Software EC-Lab je nepsaným standardem v oblasti elektrochemického SW (volně ke stažení na stránkách výrobce, Biologic SAS). Pro další informace o instrumentaci od Biologic SAS, navštivte webové stránky www.bio-logic.info, nebo přímo kontaktujte odborné prodejce oficiálního distributora pro Českou a Slovenskou republiku, Pragolab, s.r.o. »»[email protected], www.pragolab.cz


Pragolab_Mikroskopy.indd 31

31

26.11.2015 16:26:45

POVRCHOVÉ ÚPRAVY

IDENTIFIKACE POVRCHOVÝCH KONTAMINANTŮ S VYUŽITÍM VÝKONNÉHO MiniSIMS Čistota povrchů je velmi důležitá v mnoha průmyslových aplikacích. Konkrétně kontaminace povrchu substrátu před aplikací nátěru nebo jiné povrchové ochrany vede k nedostatečné adhezi. Monitorování nečistot v ovzduší je část řešení, ale pro kompletní řešení je potřeba provést přesnou identifikaci kontaminantu. Důkladná znalost kontaminantu umožňuje zvolit nejlepší metodu pro jeho odstranění, ale ještě důležitější je pro vyhledání zdroje nečistot a jeho zneškodnění.

Jedná se o pozitivní SIMS spektra a ve všech případech existují také odpovídající negativní SIMS spektra. Pro plnou identifikaci bývají obě spektra analyzována současně, ale pro stručnost se zde budeme věnovat jen pozitivním spektrům.

Pokud je kontaminant přítomen ve formě povlaku spíše než ve formě částice, tak může tvořit monovrstvu, která je lidským okem neviditelná. Tenkovrstvá kontaminace tohoto typu bývá spíše organického než anorganického charakteru, takže analytické techniky, schopné identifikovat prvky, mají proto omezené použití. Doplňková informace o molekulární struktuře, kterou je schopna získat hmotnostní spektrometrie, je proto pro vytvoření kompletního obrazu důležitá.

První příklad (obr. 2) je spektrum dimetylsiloxanu (PDMS). To je nejčastěji používaný silikon se dvěma metylovými skupinami na každém křemíkovém atomu lineárního páteřního řetězce. Pík atomárního křemíku je zřetelně viditelný (kyslík je viditelný v negativním spektru). Píky na m/z = 43 a m/z=73 jsou charakteristické pro koncové skupiny molekul. Další charakteristický pík na m/z=147 reprezentuje první dvě jednotky řetězce polymeru.

Je také možné kontaminanty rozpustit a provést objemovou analýzu, ale metoda Sekundární iontová hmotnostní spektrometrie (SIMS) nabízí vhodnější a rychlejší způsob identifikace kontaminantů in situ. Navíc zaostření iontového svazku umožňuje prostorově rozlišenou analýzu, díky které je možné určovat prostorovou distribuci kontaminantů. Toto rozložení může představovat další důležitou indicii při hledání původu kontaminace. V tomto článku je zdokumentováno, jak snadno a rychle lze s přístrojem Scientific Analysis Instruments – MiniSIMS detekovat a rozlišit mezi podobnými, ale rozdílnými členy skupiny silikonů (siloxanů). Hmotnostní spektra zřetelně a rychle prokáží rozdíly při změnách na bočních řetězcích navázaných na páteřní řetězec polymeru. Obr. 1 – MiniSIMS

Ilustrační grafy ukazují tři statická SIMS spektra získaná na třech kontaminovaných hliníkových površích. Vysoká rychlost analýzy přístrojem MiniSIMS umožňuje načíst takováto spektra za méně než jednu minutu.

32

Uni_Export_SIMS.indd 32

Obr. 2 – Hmotnostní spektrum identifikující dimetylsiloxan

Obr. 3 – Hmotnostní spektrum identifikující metylhydrogensiloxan

Obr. 4 – Hmotnostní spektrum identifikující metylglykolsiloxan

Druhé spektrum na obrázku č. 3 přísluší metylhydrogensiloxanu, u kterého je na každém křemíkovém atomu v řetězci navázána jedna metylová skupina a jeden atom vodíku. Trimetylová koncová skupina (reprezentovaná píkem na m/z = 73) je stále stejná, ale při nízkých molekulárních hmotnostech je vidět, že se molekula fragmentuje odlišně. Pík na m/z =147 chybí, protože v mateřské molekule odpovídající struktura není zastoupena. Při vyšších molekulárních hmotnostech se objeví více píků, než se objevilo v případě PDMS, protože určitá symetrie molekuly byla ztracena, což způsobilo vytvoření dodatečných fragmentových iontů. Poslední spektrum (obr. 4) patří metylglykolsiloxanu. Zde dochází na bočních glykolových řetězcích k progresivní fragmentaci, která vytváří sadu charakteristických píků, např. mezi m/z=80 a 120. Stálá trimetylová koncová skupina vytváří opět pík na m/z = 73. V uvedených příkladech jsou v každém

spektru diskutovány charakteristické píky z hlediska jednotlivých molekulárních fragmentů. Tímto způsobem byla na základě naměřených spekter zdokumentována schopnost přístroje MiniSIMS velmi selektivně rozlišit členy jedné skupiny polymerů. Při rutinní analýze ovšem není nutné interpretovat spektra takto detailně. Místo toho se spektrum kontaminantu srovnává s knihovnou spekter a hledá se nejlepší shoda. S využitím materiálů fy Scientific Analysis Instruments, Ltd. přeložil zástupce společnosti v ČR Ing. Marek Černík, Uni-Export Instruments, s.r.o., [email protected]


26.11.2015 16:28:09

TECHNICKÉ NOVINKY

NOVÁ PŘENOSNÁ TLAKOVÁ LÁHEV INTEGRA® S novým typem malých tlakových láhví pro aplikaci ochranných atmosfér při svařování elektrickým obloukem přichází společnost Air Products. Láhev Integra® s vestavěným redukčním ventilem a plnicím tlakem 300 bar je vysoká pouze 68 centimetrů a její hmotnost včetně náplně je méně než 30 kg. Láhev je navíc vybavena vestavěným ochranným krytem, který účinně chrání redukční ventil před poškozením a zároveň slouží i jako praktické madlo při její přepravě. Společnost Air Products, významný světový dodavatel technických plynů, se zaměřila na vývoj jejich nové generace láhví se stlačeným plynem. Jejím cílem bylo přijít na trh s láhvemi, které by byly menší, lehčí a uživatelsky komfortnější a současně aby uspokojily tři hlavní požadavky svářečů: maximalizaci produktivity omezením vedlejších časů, zjednodušení manipulace a zajištění maximální bezpečnosti obsluhy. Řešení tohoto zadání spočívalo ve využití technologie plnění láhví na vysoký tlak 300 bar (30 MPa) a aplikaci integrovaného lahvového a redukčního ventilu. Výsledkem je nová řada láhví Integra® s vodním objemem náplně 10 litrů, které jsou snadno přenositelné, lehčí a snadněji se používají. Jsou určeny především pro sváření na obtížně přístupných místech, kam není možné dopravovat standardní velké tlakové láhve. Ocení je především svářeči pracující v terénu, ve velkých výškách nebo v obtížně dostupných prostorech. „Nový baby model v řadě láhví Integra® cílí na mnohem širší klientelu. Kromě montážních firem ji ocení také zákazníci, kteří zase až tak často svařovat nepotřebují a klasické velké láhve by pro ně nebyly ekonomicky výhodné. Přitom se i do takto kompaktní láhve vejdou až čtyři krychlové metry plynu,“ říká Robert Pítr, specialista společnosti Air Products pro oblast sváření. „Velká mobilita, možnost rychlého připojení univerzální rychlospojkou a okamžitá čitelnost stavu plynu jsou vlastnosti zvyšující uživatelský komfort, zatímco zabudovaný redukční ventil s výstupním tlakem nastaveným na čtyři bary chráněný krytem odolávající nárazu až o síle 200 kg jsou zákazníky oceňované bezpečnostní vlastnosti.“

NOVÝ MIKROOBJEMOVÝ UV-VIS SPEKTROFOTOMETR NANODROP™ ONE/ONEC Thermo Scientific, výrobce dobře známých a vědci ověřených spektrofotometrů pro měření v mikroobjemech NanoDrop, nyní představuje novou řadu mikrokapkových spektrofotometrů NanoDrop One. NanoDropy s patentovaným systémem nanášení vzorků umožňují měření mikrolitrového objemu vzorku (1–2 µl). S předprogramovanými metodami a možností vytvářet a ukládat nové vlastní metody, je nepostradatelnou výbavou každé „life science“ laboratoře. Díky automatickému nastavení optimální délky optické dráhy nevyžaduje NanoDrop One předchozí znalost koncentrace vzorku. Díky nyní ještě lepším koncentračním limitům je vhodný pro vysoce koncentrované vzorky bez potřeby jejich ředění. NanoDrop One využívá inteligentní technologii Thermo Scientific™ Acclaro™. Ta pomocí sofistikovaných algoritmů rozeznává kontaminanty ve vzorku a počítá korigované koncentrace. Acclaro pomocí senzorů a digitální analýzy obrazu zjišťuje přítomnost bublin nebo jiných anomálií ve vzorku a poskytuje okamžitou zpětnou vazbu informující o kvalitě vzorku s následnou možností využití technické podpory k řešení problémů.

mě měření v mikrokapce na pedestalu také možnost měření v temperované kyvetě s možností míchání vzorku. Pro další informace o spektofotometrech NanoDrop, navštivte webové stránky firmy Thermo Scientific (www.thermoscientific.com) nebo přímo kontaktujte odborné prodejce oficiálního distributora pro Českou a Slovenskou republiku, Pragolab, s.r.o. »»[email protected], www.pragolab.cz

NOVÁ KAPITOLA V GC-MS Spojením nejoblíbenější hr-MS technologie Orbitrap (Q Exactive) s plynovou chromatografií se zrodil nejvýkonnější GC-MS/hrMS přístroj s nepřekonatelnou selektivitou, produktivitou a citlivostí. Tento systém vyvinutý společností Thermo Scientific umožňuje komplexní charakterizaci vzorku v jedné analýze na bázi kvantitativní (s citlivostí trojitých kvadrupólů) i kvalitativní (s maximální věrohodností vysokého rozlišení/přesné hmoty). Obr. – Sestava Q Exactive GC s plynovým chromatografem TRACE 1310, autosamplerem TriPlus RSH včetně modulu pro automatickou výměnu stříkaček

NanoDrop One navíc nově nabízí ovládání dotykovou obrazovkou s operačním systémem Android umožňující plné ovládání i zobrazování dat zcela bez použití externího počítače. Atraktivní ergonomický design s možností obrazovku sklápět a zejména posunovat zleva doprava, je komfortní pro uživatele leváka i praváka. Obr. – NanoDrop One

Obr. – Srovnání detekčních limitů 132 pesticidů systémů Q Exactive GC (měřeno ve full scan) a trojitého kvadrupólu TSQ 8000 Evo

Důraz na bezpečnost Při manipulaci a přepravě tlakových láhví se vždy zvyšuje riziko poškození ventilu, a tedy i možného ohrožení zdraví či majetku. Láhev Integra® je vybavena unikátním krytem, který dokonale chrání vestavěný láhvový a redukční ventil, což zajišťuje maximální bezpečnost této lahve i při jejím případném pádu. Kryt je nedílnou součástí láhve, takže ventil je neustále chráněn před nebezpečím poškození či ulomení. Obsluha láhve Integra® je velice snadná a spočívá pouze v jejím otevírání a zavírání. S vysokým plnicím tlakem uživatelé vůbec nepřicházejí do styku, zabudovaný redukční ventil omezuje výstupní tlak stabilně na 4 bary. Připojení svářecího agregátu k láhvi je vyřešeno rychlospojkou, takže odpadá potřeba montážních klíčů. Obsahový indikátor umožňuje snadné a okamžité rozlišení mezi prázdnými a plnými láhvemi. »»www.airproducts.com

Po celou dobu, od výběru metody ke konečnému výsledku, je uživatel rychle provázen každým krokem analýzy s relevantními poznámkami a okamžitou zpětnou vazbou. Případný přenos dat do externího počítače je umožněn pomocí USB, ethernetu, Wi-Fi nebo lze data přímo tisknout z přístroje pomocí termální tiskárny. Veškeré aktualizace softwaru jsou přístupné na webových stránkách a lze je snadno přenést pomocí USB zařízení. Stejně jako předchozí řada NanoDrop 2000/2000c nabízí řada NanoDrop One dvě varianty přístroje – NanoDrop One a NanoDrop Onec, přičemž varianta „c“ nabízí kro-


Uni_Export_SIMS.indd 33

Více informací vám poskytne společnost Pragolab s.r.o. a její specialisté (Magdalena Voldřichová nebo Lukáš Plaček). »»[email protected], www.pragolab.cz

33

26.11.2015 16:28:11

LABORATORNÍ METODY

CHARAKTERIZACE PŠENIČNÉ SLÁMY PRO UŽITÍ V BIOPALIVECH KLIMOVIČ M. Pragolab s.r.o., [email protected] Biomasa, jako pšeničná sláma, je hojnou a levnou přírodní formou biopolymeru bohatou na celulózu a hemicelulózu, které lze převést na biopalivo. Biopalivo si získává stále větší pozornost kvůli potencionálnímu nedostatku fosilních paliv v budoucnosti. Jedním ze zásadních kroků při tvorbě bioetanolu z pšenice je její předúprava, která by měla zefektivnit následnou přeměnu na biopalivo nejen po ekonomické stránce. Touto úpravou dochází ke zvýšení dostupnosti chemických míst ke konverzi v následné hydrolýze a fermentaci slámy. K posouzení úpravy pšeničné slámy byly užity techniky dynamické sorpce par (DVS) a UV.

Úvod Produkce biopaliv je schematicky znázorněna na obr. 1 a skládá se z následujících kroků: nakládání s biomasou, předúprava biomasy, hydrolýza celulózy, fermentace glukózy, obnova etanolu. Pentózu z hemicelulózy lze po předúpravě použít pro produkci etanolu bez hydrolýzy. Společným rysem enzymatické hydrolýzy je potřeba předúpravy lignocelulózové biomasy vedoucí k efektivnější reakci mající přímý dopad na výtěžek následné enzymatické hydrolýzy k získání glukózy a alkoholové fermentace při výrobě biopaliv. Cílem tohoto zpracování je narušení krystalické struktury mikrovláken k uvolnění polymerních řetězců celulózy a hemicelulózy, úprava amorfního podílu a otevření pórů v biomase na zvýšení počtu přístupných míst slámy pro enzymatickou aktivitu. Tím dochází ke zvýšení sorpce, měrného povrchu a hydrofility. Schéma předúpravy je znázorněno na obr. 2. Tyto povrchové úpravy lze kvantitativně charakterizovat, v případě sorpčního a desorpčního chování, za použití techniky dynamické sorpce par.

Vzorek RWS surové pšeničné slámy nepodstoupil žádnou úpravu a slouží k porovnání s WCB10009. WCB10009 byl extrudován pomocí ko-rotujícího dvoušneku s vodou a hydroxidem sodným při 50 °C. Obr. 3 – Thermo Scientific Process 11 – dvoušnekový extruder

Obr. 1 – Schéma výroby biopaliv

Pro měření sorpce byla užita technika dynamické sorpce par a přístroj DVS od společnosti SMS Surface Measurement Systems (zastoupena společností Pragolab s.r.o.). Měření probíhalo v módu dm/dt (změna hmotnosti v čase) až k dosažení rovnováhy. Byl vybrán fixní poměr dm/dt pro každou část dané relativní vlhkosti RH. Toto kritérium dovoluje softwaru DVS automaticky určit, kdy bylo dosaženo rovnováhy a dokončit daný krok. V případě, že rychlost změny hmotnosti klesne pod definovanou hranici po určitou dobu, postoupí měření na další bod definované relativní vlhkosti. Veškeré analýzy byly provedeny pomocí softwaru DVS Analysis Suite.

Obr. 2 – Schéma předúpravy

Výsledky

Metodika Surová pšeničná sláma (Raw Wheat Straw RWS) je předupravena za použití dvoušnekové extruze, která byla v poslední době velmi často používána při úpravě lignocelulózové biomasy. Extruze poskytuje vysoké střihy, rychlý přenos tepla, efektivní a rapidní míchání a možnost kombinace s jinými typy předúprav – a to vše v kontinuálním procesu. Detailní podmínky jsou zobrazeny v tab. 1. Tab. 1 – Podmínky předúpravy slámy Vzorek

Podmínky předúpravy

Surová pšeničná sláma RWS

–

Předupravená sláma WCB10009

Extruze při 100 rpm a 50 °C s 4 % NaOH; poměr sláma : voda = 1 : 2

34

Pragolab_Klimovič.indd 34

Obrázek 4 zobrazuje chování vzorku surové slámy při dynamické sorpci vodních par při 25 °C. Lze vypozorovat, že při nižších hodnotách relativní vlhkosti (RH < 50 %) je dosaženo rovnováhy rychleji než při vyšších hodnotách relativní vlhkosti. Nízká sorpce při nízké relativní vlhkosti poukazuje na povrchovou sorpci a ta se následně vyvíjí od povrchu do objemu při vyšších vlhkostech. Odpovídající isotermy zobrazené na obr. 5 naznačují smíšené sorpční chování typu II/III, indikující nízkou počáteční sorpci a podstatnou sorpci při vyšší relativní vlhkosti. Chování typu II naznačuje víceméně mechanismus sorpce v jedné vrstvě, což umožňuje výpočet povrchu BET pomocí měření sorpce vodních par (standardně se pro výpočet BET měrného povrchu metodou DVS používají organická rozpouštědla, jako oktan). Vzhledem k tomu, že předúprava biomasy je, obecně řečeno, vodní termický proces, je preferována sorpce vodních par. Hysterezní křivka desorpce potvrzuje objemovou sorpci. Z grafu na obr. 6 lze vypočíst měrný povrch o hodnotě 173,45 m2/g. CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:29:36

LABORATORNÍ METODY

Obr. 4 – Dynamická sorpce vodních par u RWS při 25 °C

Pokud jde o celkovou sorpci při 95 % relativní vlhkosti, upravený vzorek WCB10009 dosáhl hodnoty 59,62 %, což je mnohem vyšší hodnota než u vzorku surového s 24,76 %. To indikuje více otevřených a lépe přístupných center pro molekuly vody, které jsou velkým přínosem pro následnou hydrolýzu. Jednou ze strategií v případě zvýšení enzymatické konvertibility pro zkvasitelné cukry při produkci bioetanolu je snížení krystalinity celulózy, protože amorfní oblasti celulózy mají mnohem vyšší rychlost hydrolýzy než oblast krystalická. Vzhledem k tomu, že většina reakčních složek, včetně vody, může pronikat především amorfní oblastí a povrchem krystalické celulózy, tak příjem vody také ukazuje amorfní obsah biomasy. Tedy vyšší sorpce značí vyšší amorfní obsah. Na rozdíl od surového vzorku slámy nejeví vzorek upravený známky hystereze. Je to pravděpodobně z důvodu bobtnání pórů u biomasy, zejména v amorfní oblasti. Obr. 7 – Isotermy upravených a surových vzorků pšeničné slámy

Obr. 5 – Isoterma sorpce vodních par u RWS při 25 °C

Obrázek 6 zobrazuje chování vzorku surové slámy při dynamické sorpci vodních par při 25 °C. Lze vypozorovat, že při nižších hodnotách relativní vlhkosti (RH < 50 %) je dosaženo rovnováhy rychleji než při vyšších hodnotách relativní vlhkosti. Nízká sorpce při nízké relativní vlhkosti poukazuje na povrchovou sorpci a ta se následně vyvíjí od povrchu do objemu při vyšších vlhkostech.

Výsledky měření BET měrného povrchu na obou vzorcích jsou shrnuty v tab. 2. Je zřejmé, že předúprava mírně zvyšuje měrný povrch, a tím vytváří více přístupných center pro hydrolýzu. Tab. 2 – BET měrný povrch

Obr. 6 – BET závislost sorpce vodních par u RWS při 25 °C

Vzorek

BET měrný povrch [m2/g]

Celková sorpce [%] při 95 % RH


173,45

24,76


174,79

59,62

UV spektra ukazují 30-násobný nárůst obnovy glukózy v případě upraveného vzorku. Porovnání výtěžků glukózy u obou vzorků je zobrazeno na obr. 8. Obr. 8 – Výtěžek glukózy po enzymatické hydrolýze

Měření sorpce vodních par bylo provedeno také u upraveného vzorku WCB10009 za stejných experimentálních podmínek. Graf s překryvem isoterm obou vzorků je znázorněn na obr. 7. Všechny isotermy vykazují chování typu II/III. Tab. 3 – BET měrný povrch a Young a Nelson parametry Vzorek

BET měrný povrch [m2/g]

Young a Nelson

Young a Nelson

Young a Nelson

Parameter konstanta E

Parameter A [mol/g]

Parameter B [mol/g]


173,45

0,22

0,00246

0,002


174,79

5,25

0,00247

3,18.10-10



35

26.11.2015 16:29:37

LABORATORNÍ METODY

Obr. 9 – Young a Nelson složky u RWS

Obr. 10 – Young a Nelson složky u WCB10009 (upravený materiál)

Ačkoli lze BET rovnici aplikovat na jakýkoliv adsorpční systém, v případě pšeničné slámy byl použit k vyhodnocení isoterm model Young a Nelson. Software DVS Analysis Suite obsahuje velké množství teoretických a semi-empirických rovnic pro co nejpřesnější popis chování. Při sestavování isoterm rozlišuje Young a Nelson model termín odpovídající síle interakce par s povrchem (parametr E), množství par na povrchu (parametr A) a množství par v objemu (parametr B). Obrázky 9 a 10 zobrazují jednotlivé složky pro oba, surový a upravený vzorek. Parametry Young a Nelson metody jsou uvedeny v tab. 3. Z daných hodnot lze vidět, že povrchové interakce upravené slámy a vody jsou mnohem vyšší než u neupraveného vzorku. Lze tedy usuzovat, že adsorpce vody probíhá spíše ve vnitřních pórech či prasklinách než na povrchu. Nárůst center pro enzymatickou

hydrolýzu indikuje nárůst sorpčních vlastností, konstanty E u Young a Nelson modelu a měrného povrchu.

Závěr Pomocí techniky dynamické sorpce par, za použití přístroje DVS od společnosti Surface Measurement Systems, byly charakterizovány dva vzorky pšeničné slámy. Výsledky ukázaly nárůst sorpčních vlastností vodních par, měrného povrchu, síly interakce mezi parami a povrchem a amorfního obsahu u předupraveného materiálu. Úprava dvoušnekovým extruderem navýšila počet přístupných míst pro následnou enzymatickou hydrolýzu. To má značný dopad na výnosnost výroby biopaliv. Studie pomocí HPLC ukázaly 30-násobnou výtěžnost u daného materiálu.

DRUHÁ GENERACE BIOETHANOLU DOKÁŽE VÝRAZNĚJI SNÍŽIT EMISE SKLENÍKOVÝCH PLYNŮ Evropa je třetím největším výrobcem bioethanolu – důležitého zdroje energie z obnovitelných zdrojů. Většina bioethanolu pochází ze zemědělských plodin. Cílem projektu financovaného EU bylo rozšířit surovinovou základnu pro výrobu ethanolu o ekonomicky únosné technologie zpracování zemědělských odpadů na bioethanol. Náhrada fosilních paliv v dopravě, energetice, chemickém průmyslu i jinde bioethanolem by mohla významně přispět v EU k dosažení požadovaného snížení emisí skleníkových plynů. Toto odvětví v posledních letech nepřetržitě roste. Evropa se dnes může pochlubit instalovanou výrobní kapacitou 8,8 mld litrů bioethanolu s tržní hodnotou téměř 8 miliard EUR, což je po USA a Brazílii třetí největší kapacita. Většina produkce bioetanolu se vyrábí první generací technologií (1G), tj. zpracováním zemědělských plodin, jako jsou pšenice nebo kukuřice, což může vést k hospodářské soutěži mezi potravinářstvím a energetikou. Výhodné technologie druhé generace (2G) – tj. výroba bioethanolu z lignocelulózové biomasy, např. z pšeničné slámy nebo vylisované cukrové třtiny, může podstatně zvýšit potenciál snižování emisí skleníkových plynů. „Náš přístup k produkci bioethanolu může snížit emise skleníko-

36


vých plynů až o 90 %, zatímco technologie z konvenčních plodin dosahují snížení emisí o 30–50 %, v závislosti na účinnosti elektrárny,“ říká Francisco Gírio z portugalské národní laboratoře pro energetiku a geologii. Právě on koordinoval projekt PROETHANOL2G.

Od odpadu k palivu Když byl projekt PROETHANOL2G v roce 2010 zahájen, existovaly v Evropě pouze nekomerční výrobní jednotky. V současné době běží první komerční výrobní zařízení v Itálii. Nicméně, bude i nadále zapotřebí další výzkum, aby se tato technologie stala skutečnou alternativou k technologiím první generace. „Hlavní problémy jsou především v rozmanitosti chemické struktury lignocelulózové biomasy,“ vysvětluje Gírio. „To znamená, že v biomase je příliš mnoho různých sloučenin v porovnání s biomasou na bázi zemědělských plodin. To vyžaduje velmi efektivní technologii předúpravy, stejně jako velmi dobrý rekombinantní kvasinkový kmen pro rychlou a snadnou konverzi všech cukrů v biomase.“ Výrobní proces zahrnuje několik kroků – předúpravu, enzymatickou hydrolýzu na cukry, fermentaci roztoku cukru pomocí kvasinek a destilaci.

Hlavní přednosti Jedním z hlavních úspěchů, projektu PROETHANOL2G byl vývoj nového rekombinantního kmene kvasinek, který umožňuje efektivní fermentaci různých cukrů, a tím snižuje náklady na produkci biopaliv nejnovější generace z odpadní biomasy. Kromě toho projekt výrazně zlepšil integraci mezi předupravenou biomasou, enzymatickou hydrolýzou a fermentací, což zvýšilo konkurenceschopnost technologie. Tým také přišel s novým destilačním systémem, který snižuje spotřebu energie a umožňuje obnovu největší části enzymů. Vzhledem k tomu, že jeden z hlavních nákladů na technologii 2G jsou náklady na enzymy, budou enzymy moci být znovu použity k hydrolýze, což představuje významný pokrok. Na brazilském trhu byla integrována evropská technologie 2G do technologie 1G. Tento kombinovaný systém 1G-2G může být tajemstvím úspěchu v jihoamerických zemích, kde jsou technologie 1G značně rozšířeny. Společnost Inbicon, partner projektu z Dánska plánuje společný podnik s brazilským průmyslem s cílem výstavby komerční továrny s technologií 1G-2G. www.proethanol2g.org


26.11.2015 16:29:37

LABORATORNÍ METODY

MAGELLAN

ε

Ultimátní analyzátor částic pro charakterizaci vody online monitoring kvalita pitné a průmyslové vody integrita membrán hodnocení ultračisté vody filtrační procesy detekce znečištění

Push your analysis few steps further!

EVROPSKÝ PROJEKT IB2MARKET PŘINÁŠÍ NA TRH NOVÉ BIOPRODUKTY IB2Market je veřejný projekt financovaný Evropskou unií, který přinesl na trh řadu nových produktů z oblasti biologických molekul. Nyní jsou komerčně dostupné některé nové typy biologických povrchově aktivních látek a speciálních sacharidů, jako je soforosa a fukosylované oligosacharidy. Tyto molekuly mají nové a zajímavé vlastnosti, které jsou užitečné pro aplikace ve farmacii, potravinářství, kosmetice, nanotechnologiích a v mnoha dalších oborech. Inovační průmyslové biotechnologické procesy umožnily vyrábět tyto komplexní molekuly z obnovitelných zdrojů a za použití biologických procesů. Tyto procesy jsou udržitelné, snižují emise skleníkových plynů a závislost na fosilních zdrojích. Průmyslové biotechnologie se ukázaly být účinným nástrojem k zajištění udržitelné budoucnosti. Používají mikroorganismy pro výrobu složitých molekul, které mohou být použity jako takové, nebo jako stavební kameny pro biochemické látky, biomateriály detergenty, atd. V některých případech jsou mikroorganismy dokonce schopny vytvořit komplexní molekuly, které nemohou být vyrobeny běžnými chemickými postupy. Navíc, průmyslové biotechnologie využívají obnovitelné zdroje namísto fosilních zdrojů,

vytvářejí biohospodářství s výrazně sníženými emisemi skleníkových plynů a s nízkou závislostí na fosilních zdrojích. IB2Market, projekt financovaný ze 7. rámcového programu Evropské unie, si klade za cíl přenést průmyslové biotechnologie z výzkumné laboratoře na trh a řešit úzká místa v oblasti industrializace a komercionalizace. Projekt zahrnuje vývoj procesů, zvyšování výroby, průzkum trhu a vypracování valorizačního plánu na podporu úspěšného uvedení na trh. První skupina nových molekul jsou biodetergenty typu soforolipidů. I když tyto nové molekuly mají vhodné vlastnosti pro použití v „zelených pracích prostředcích“, jsou tyto nové druhy soforolipidů také použitelné ve farmacii, potravinářství, kosmetice a v nanotechnologiích. Tyto nové biosurfaktanty jsou 100 % biologicky rozložitelné a jsou ze 100 % vyrobeny z obnovitelných zdrojů. Druhá třída nových molekul jsou speciální sacharidy. Fukosylované oligosacharidy jsou málo se vyskytující cukry a je velmi obtížné je syntetizovat běžnými cestami (např. extrakcí, chemickou syntézou, enzymatickou syntézou). Hrají zásadní roli v lidském



zdraví i zdraví zvířat a jsou považovány za nevyužitý zdroj inovativních možnosti v rámci biomedicíny a farmacie. Vzhledem k nedostatku jejich dostupnosti a dostupnosti účinných technologií je vytvářet, jsou tyto produkty v současné době velmi drahé a brzdí vývoj aplikací a přístup k tržním procesům. Inbiose, spin-off firma belgické Ghent University má za cíl vyřešit tento problém pomocí technologické platformy vedoucí k vysoké produkční účinnosti, což výrazně snižuje jejich výrobní náklady. Soforosa a L-fukóza, jsou nyní k dispozici. Oba dva jsou speciální sacharidy, pro které existují v současné době jednoduché výrobní postupy. L -fukosa je speciální sacharid s četnými aplikacemi, a to zejména ve zdravotnictví. Soforosa má použití v kosmetickém a potravinářském průmyslu a průmyslu biopaliv. Dostupnost soforosy a L-fukosy za nízké ceny bude stimulovat vývoj jejich aplikací. Tyto produkty jsou díky projektu IB2Market k dispozici pro testování. Partneři projektu se těší na spolupráci s potenciálními zákazníky. www.IB2Market.eu

37

26.11.2015 16:29:38

METROLOGIE

ZAMĚŘENO NA NULOVACÍ PLYNY Stephen Harrison z Linde Gas, Německo, popisuje situaci s akreditací výroby nulovacích plynů. Legislativa týkající se ochrany životního prostředí v oblasti výroby energií se celosvětově stává stále přísnější a rovněž se z finančních důvodů zvyšuje význam sledování obchodu s plynem a ropou. V návaznosti na to roste rok od roku význam přesnosti měření, a to jak kvality produktů, tak emisí z výrobních procesů. Tento vývoj vyžaduje přesné kalibrační plyny a vysoce čisté nulovací plyny jako kritické body analytických metod. To vede výrobce speciálních plynů k vývoji množství nových produktů pro monitoring a analýzu tak, aby splňovaly zvýšené požadavky vědců a inženýrů v procesech zpracování uhlovodíků. V rafineriích najdeme tři hlavní aplikace, ve kterých jsou vysoce přesné plyny nepostradatelné. První se vztahuje k distribuci a přepravě zemního plynu. V každém bodě, ve kterém zemní plyn vedený potrubím mění vlastníka nebo překračuje hranice států, musí být provedeno vysoce přesné měření. Podle stanovené hodnoty tepla je provedena fakturace a v mnoha případech i daňové převody. Při těchto transakcích se účtují vysoké částky, takže i relativně malá odchylka měření vede k chybám v řádu milionů euro za den, a to jak do kladných, tak do záporných čísel. Další aplikace zahrnuje monitorování průmyslových emisí, které podléhá přísným legislativním omezením. Pro kontrolu, zda se rafinerie nebo závod na zpracování uhlovodíků pohybuje v limitech schválených legislativou, je třeba přesné měření. V těchto měřeních hraje hlavní roli čistota nulovacích plynů. Naměřené množství emisí může mít vliv na ekonomiku výroby.

Splnění tohoto požadavku je zajištěno rostoucím počtem mezinárodních standardů a směrnic, které popisují metrologickou návaznost výsledků měření s využitím certifikovaných referenčních materiálů jako prostředku pro zajištění reprodukovatelnosti a návaznosti. Návaznost je možnost porovnání výsledku dosaženého se známou nejistotou nepřerušeným řetězcem porovnání vedoucí až k národním nebo mezinárodním etalonům. Kalibrace analytických přístrojů používaných v petrochemickém průmyslu, jako jsou např. plynové chromatografy (GC) nebo spektroskopy (FTIR), většinou vyžaduje dvou nebo vícebodovou kalibraci a nastavení nulové linie. Pro toto nastavení jsou potřebné vysoce čisté nulovací plyny, které jsou nyní středem našeho zájmu.

Trendy v metrologii K určení velmi malých změn při procesech zpracování uhlovodíků, při určení složení zemního plynu a k monitorování emisí jsou používány různé analytické přístroje. Ty vyžadují pečlivě stanovené kalibrační křivky s nízkou nejistotou, pro což jsou nutné přesné kalibrační plynné směsi a vysoce čisté nulovací plyny. Tento trend v oblasti metrologie přitahuje pozornost k významu nulovacích plynů. Přípustné hladiny nečistot se snižují. Nulovací plyny se používají rovněž jako jeden z bodů kalibrační křivky, nejenom pro nulování při justaci přístrojů. V současnosti se vedou diskuse o tom, jak určit minimální zbytkové nečistoty v nulovacích plynech po jejich přečištění. Vysoce čisté speciální plyny jsou pro analytická zařízení v petrochemickém průmyslu obecně používány dvěma způsoby. Nejběžnější analytickou metodou

pro analýzu zemního plynu je plynová chromatografie (GC). Měřicí zařízení, ať už plynový chromatograf s plameno-ionizačním detektorem (GC-FID) nebo s tepelně-vodivostním detektorem (GC-TCD), vyžadují vysoce čisté nosné plyny. Tyto plyny jsou požadovány také pro nastavení nulové linie ve většině ostatních typů analytických přístrojů. Zvyšující se požadavky na přesnost analýzy znamenají, že v nosných plynech a nulovacích plynech jsou přípustné jedině mimořádně nízké koncentrace uhlovodíků nebo některých polutantů, jako je např. NOx a CO2. Pokud mluvíme o monitorování emisí jako je CO2, nejčastěji používaným zařízením je infračervený analyzátor (NDIR). V tomto analyzátoru se jako nulovací plyn používá vzduch nebo dusík. Měření emisí často probíhá kontinuálně, což vyžaduje konstantní nulovou linii. Pro měření CO 2 v petrochemickém průmyslu se může používat také FTIR spektroskopie, která je v tomto případě citlivější než NDIR. Nově zaváděná legislativa zvyšuje požadavky na monitorování širokého spektra anorganických látek, pro které může být FTIR spektroskopie také vhodnější. I tato metoda vyžaduje nulovací plyny pro sestrojení kalibrační křivky a jako proplachovací plyn během měření. Nejnižšího detekčního limitu a nejvyšší přesnosti při měření CO2 a NOx může být dosaženo metodou CRDS spektroskopie. Tato vysoce citlivá optická spektroskopická technika je používaná pro studium plynných vzorků, které absorbují světlo při specifických vlnových délkách. Tak je možné stanovit s dostatečnou přesností koncentrace až na úrovni parts per trilion (ppt). Tato technika se používá stále častěji,

Obr. 1 – Výměna láhve v laboratoři

Vedlejším produktem k tomuto monitorování je obchod s emisními povolenkami, což je přístup založený na poskytnutí ekonomických výhod při snížení emisí polutantů. Obchod s emisními povolenkami je dnes všeobecně využívaný jak v Evropě, tak v USA. Firmy v petrochemickém průmyslu mohou prodávat nevyužitou část své emisní kvóty. Z výše uvedeného vyplývá, že přesnost měření má přímý vliv na finanční toky. I nejmenší odchylka měření může mít okamžitý vliv na hospodaření firmy. Významnou složku obchodu s emisními povolenkami dnes představují skleníkové plyny, zejména oxid uhličitý jako nejvíce obchodovaný plyn, dále také metan a oxid dusný. Kromě toho, že výsledky analytických metod musí být velmi přesné, musí být rovněž srovnatelné regionálně i mezinárodně.

38

Linde_Nulovací plyny.indd 38


26.11.2015 16:30:16

METROLOGIE

protože klesá pořizovací cena analyzátorů. CRDS metodou – jako jedinou analytickou technikou – můžeme detekovat méně než 0,5 ppb oxidů dusíku, pokud je jako matrice dusík nebo vzduch. I pro přesné měření takto nízkých koncentrací je samozřejmě potřeba nulovací plyn.

Obr. 2 – Kalibrace

Projekt MACPoll Linde Gas jako jeden z největších dodavatelů speciálních plynů na světě spolupracuje na projektu MACPoll (metrologie pro chemické polutanty ve vzduchu) vedeném národními metrologickými instituty spolu s dodavateli analyzátorů. Projekt MACPoll byl součástí evropského metrologického výzkumného programu zaměřeného na výzkum a vývoj nulovacích plynů.

Projekt MACPoll se úspěšně popral s mnoha technologickými výzvami. Jeho výsledky jsou vysoce oceňované a poskytují dobrou přípravu pro budoucí výrobu kalibračních a nulovacích plynů. Práce na akreditaci nulovacích plynů začala před pěti lety a plné zavedení se předpokládá do tří let.

Tento evropský projekt přilákal také účastníky z ostatních částí světa, jako je např. Japonsko, což ukazuje význam, jaký je na kvalitu nulovacích plynů kladen v globálním měřítku. Hlavním cílem projektu MACPoll bylo vyvinout postup měření nečistot v nulovacím plynu, a to buď analýzou jedné, nebo více složek najednou, a stanovit standardy pro certifikaci nečistot v nulovacím plynu. Zvláštní pozornost byla věnována reaktivním příměsím, jako jsou oxidy dusíku, oxid siřičitý, amoniak a sirovodík. Úroveň nečistot, na kterou se zaměřuje projekt MACPoll, se vztahuje k EN normám, např. EN 14211. Tyto normy stanovují velmi přísné specifikace pro nulovací plyny včetně 5 ppb (500 ppt) oxidů dusíku, 2 ppb amoniaku a 1 ppb oxidu siřičitého. Pokud si uvědomíme, že před 10 lety byla typická koncentrace příměsí NOx v řádu 100 ppb, je zřejmé, že stupeň technologického vývoje v této oblasti je dramatický.

Příprava, plnění a analýza nulovacích plynů Výroba vysoce čistých nulovacích plynů začíná pečlivým výběrem nereaktivního materiálu láhve a lahvového ventilu, protože je nezbytné zabránit prostupu plynů obsažených v atmosféře, které by jinak nulovací plyn kontaminovaly. Druhým důležitým krokem je příprava tlakové láhve. Lahve jsou opakovaně proplachovány vysušeným plynem a vakuovány na vysoké vakuum při současném zahřívání v peci. Tímto procesem je zajištěno, že všechny zbytky plynů jsou z láhve zcela odstraněny a vnitřní povrch je vysušen. Po této přípravě jsou láhve naplněny vysoce čistým plynem. Obvyklé je plnění ze zkapalněné suroviny skladované v zásobníku. Zkapalněný plyn je odpařen, stlačen a naplněn přes plynové rozvody. Cestou potrubním rozvodem je plyn dočištěn například chemickou adsorpcí, chemickou reakcí nebo filtry pevných částic. Většina používaných metod pro dočišťování plynů v průběhu plnění vysokotlakých láhví

zahrnuje kombinaci aktivního uhlí, molekulového síta a sorpce s použitím katalyzátoru. Těmito metodami je možné dosáhnout stupně čistoty nulovacího plynu 7.0 (99,99999%). Na závěr jsou vysoce čisté nulovací plyny analyzovány vhodnými metodami a výsledky jsou uvedeny na certifikátu, typicky ve tvaru „je menší než“.

Nový mezinárodní standard Projekt MACPoll navrhl zavedení nového mezinárodního standardu ISO/DIS 19229 Gas analysis – purity analysis and the treatment of purity data (Analýza plynů – analýza čistoty a úprava dat pro odhad nečistot). Standard ISO/DIS 19229 nastavuje požadavky pro analýzu čistoty materiálů používaných pro výrobu kalibračních plynných směsí a rovněž požadavky na čistotu nulovacích plynů. ISO/DIS 19229 celkem jednoznačně určuje: pokud je nečistota kritická a významná, pak by měla být provedena analýza s doloženou návazností nebo alespoň orientační měření čistoty. Nový návrh standardu ISO/DIS 19229 definuje jako významné ty nečistoty, které přispívají více než 10 % k celkové cílové nejistotě. ISO/DIS 19229 poskytuje návod, jak zacházet s daty získanými z měření/ detekce nečistot a jak využívat analytická data vycházející ze specifikací. Vyhodnocení těchto analytických dat je provedeno v souladu s „Guide to the uncertainty in measurement“ a rozlišuje mezi nejistotou typu A vycházející ze statistického vyhodnocení a nejistotou typu B získanou vyhodnocením specifikace dané výrobcem.

Budoucnost Vyšší kvalita kalibračních směsí umožňuje dosažení nižší nejistoty, vyšší přesnosti a lepší reprodukovatelnosti měření v mezinárod-


Linde_Nulovací plyny.indd 39

ním měřítku. S vyšší přesností přichází vyšší důvěra v poskytnutá analytická data. Díky tomu, že směs je navázaná až k národním nebo mezinárodním standardům, mohou všichni výrobci plynů, koncoví uživatelé a agentury ochrany životního prostředí důvěřovat předloženým analytickým výsledkům. Tento přístup již dříve uplatňovaný pro kalibrační směsi je nyní zaváděn i pro nulovací plyny způsobem, který umožní další harmonizaci měření po celém světě i pro vzdálené oblasti mezinárodního obchodu.

Potřeba harmonizace národních a mezinárodních předpisů byla vyvolána aktivitou firem monitorujících životní prostředí a národních metrologických institutů, kde si uvědomili nutnost stanovení jednotného referenčního bodu při měření obsahu nečistot v nulovacích plynech.

Zachování čistoty nulovacích plynů Čistota nulovacího plynu použitého k nastavení nulové linie analytického zařízení je kritická. Nečistoty vyskytující se v koncentracích i v řádu ppb mohou mít vážné důsledky, ať jsou nebo nejsou obsaženy v analyzovaném vzorku. Přední výrobci plynů garantují čistotu nulovacího plynu v tlakové láhvi. Rozsah čistoty plynů dodávaných firmou Linde je až do 7.0, což je nejvyšší komerčně dostupná čistota. Tato čistota znamená obsah plynu 99,99999 % s pouhým 0,1 ppm celkových příměsí. Firma rovněž poskytuje pro tyto plyny certifikát analýzy, v němž deklaruje parametry kvality. Spolehlivost analýzy je pouze tak dobrá, jak kvalitní jsou použité plyny. Kvalita distribuovaných plynů závisí také na parametrech zařízení pro jejich rozvod a odběr; všechny jejich součásti musí být schopné pracovat jak s vysokými i nízkými tlaky, tak s vysokými i nízkými průtoky, musí být použitelné nejen pro inertní, ale i pro reaktivní, hořlavé, korozivní nebo toxické plyny. Pro zachování garantované kvality plynu musí obsluha dodržovat správné postupy obzvlášť s ohledem na proplach tak, aby nedošlo ke kontaminaci plynu ještě před jeho vstupem do místa použití. Jakýkoliv nedostatek v systému rozvodu vysoce čistého plynu může znehodnotit jeho kvalitu. Z materiálů Linde Group zpracovala Ing. Pavla VÁŠOVÁ, vedoucí výroby speciálních plynů Linde Gas ČR, [email protected]

39

26.11.2015 16:30:16

LABORATORNÍ TECHNIKA

VÝPRAVA ZA STŘÍBRNÝM GRÁLEM SPEKTROSKOPIE Obr. 1 – Ramanova spektra bez využití SERS a po aplikaci SERS substrátu

Obr. 2 – Niccolloid SERS balíček

SERS neboli povrchem zesílený Ramanův rozptyl je jev, při němž je Ramanův signál zesílen díky interakci s kovovými nanočásticemi, zpravidla zlatými, stříbrnými či měděnými. Ty mohou být zafixovány na různých površích nebo mohou být ve formě koloidu a dokáží natolik zesílit signál, že je možné spektrálně studovat i jednotlivé molekuly.

stříbrný koloid, pomocí něhož obdržíte reprodukovatelné výsledky, a to už několik minut po smíchání obou složek přípravku. Přípravek je tak využitelný i pro rychlé aplikace mimo laboratorní prostředí, např. pro forenzní výzkum na místě činu.

Právě díky tomu, že je Niccolloid neustále připravený k použití, můžete ušetřený čas věnovat důležitějším věcem – studiu a restaurování uměleckých děl, analýze drog, vývoji léčiv, záchraně životů nebo objevení tajemství života a smrti.

Společnost Nicolet CZ kromě Ramanových a infračervených spektrometrů nyní nově nabízí i Niccolloid – dvousložkový

Díky SERS technice měření Ramanových spekter lze rychle identifikovat např. i heroin ve stopovém množství mimo laboratoř.

Kateřina MUDROŇOVÁ, Nicolet CZ s.r.o., [email protected], www.nicoletcz.cz, www.niccolloid.com

Analýza stopových množství látek je velkou výzvou pro všechny vědce, ať už z důvodu detekce nebezpečných látek, které jsou smrtící i v nepatrných koncentracích, nebo například kvůli studiu pochodů v buňkách, které probíhají díky interakci pouhých několika málo molekul. Ramanova spektroskopie je už řadu let silným a spolehlivým nástrojem analytiků, dokáže nejen analyzovat chemické složení látek, ale pomocí ní je rovněž možné studovat interakce mezi molekulami.

NOVÝ TENZIOMETR S ROTUJÍCÍ KAPKOU Firma KRÜSS na Achemě 2015 představila svoji poslední novinku, Spinning Drop Tenziometr (tenziometr s rotující kapkou) – SDT. Přístroj je schopen měřit mezifázová napětí s vysokou přesností a v mimořádně širokém rozsahu. SDT je díky svému výjimečnému rozsahu, nízkému počtu vzorků a jednoduché přípravě vzorku ideálním řešením pro kontrolu kvality a vývoj emulzí a surfaktantů. Schopnost přesného zachycení extrémně nízkých mezifázových napětí dělá z tohoto přístroje vynikající nástroj pro analýzu chování rozhraní u mikroemulzí například v ropném nebo farmaceutickém průmyslu. Obr. – Spinning Drop Tensiometer

použil USB3 kameru s vysokým rozlišením a přesný motor s vynikající stabilitou rychlosti otáčení a spojil je s inteligentním a robustním algoritmem vyhodnocení obrazu programu ADVANCE. Kromě standardní Vonegutovy metody zahrnuje spektrum metod programu ADVANCE vyhodnocení tvaru kapky podle Young-Laplace. To umožňuje pracovat při nižších rotačních rychlostech a tím se rozšiřuje a zjednodušuje použitelnost přístroje do oblasti vysokých mezifázových napětí. Další výhodou této metody je její robustnost.

Ergonomický design, bezpečnost obsluhy Zcela nový přístup k návrhu přístroje pro měření rotující kapky znamená kompletní zakrytí všech částí přístroje, včetně rotující kapiláry, do uzavřené skříně. Tím se eliminuje riziko poranění a uspořádání se zvýrazněnými ovládacími prvky usnadňuje práci s přístrojem. Naklápění a pozice kamery jsou ovládány motory a kamera má navíc speciální krytou parkovací pozici, ve které je v okamžiku nečinnosti skryta.

Přesná rotace a vyhodnocení obrazu Při měření mezifázového napětí metodou rotující kapky se provádí obrazová analýza kapky obklopené druhou kapalinou v rotující kapiláře. Přesnost analýzy obrazu a rotační rychlosti je rozhodující pro přesnost této metody. Z tohoto důvodu KRÜSS

40

Nicolet-Uni-E_KRUSS.indd 40

Inovace pro rychlou přípravu vzorku Jednou z unikátních vlastností SDT je velmi jednoduchý způsob výměny vzorku. Nový koncept přípravy kapiláry, pro kterou KRÜSS používá dvě patentovaná řešení, výrazně zjednodušuje často pracnou přípravu vzorků pro měření rotující kapky. Také není již potřeba pravidelně měnit septa, jak tomu při této metodě obvykle bývá. Speciálně

tvarovaná zátka kapiláry slouží také jako zásobník kapky kapaliny, která se do kapiláry dostane po jejím uzavření zátkou. Kapilára se pak jednoduše zaklapne do držáku.

Účinné a variabilní řízení teploty Rychlost výměny kapiláry není ovšem zvýšena na úkor řízení teploty kapaliny, které se navíc obejde bez externího termostatu. Integrovaný elektrický topný modul umožňuje dosáhnout požadované teploty rychle a jeho výraznou charakteristikou je vysoká teplotní stabilita. Pro měření při teplotách pod teplotou prostředí je možné také připojit kryostat. Přesné infračervené čidlo měří teplotu bezkontaktně a sleduje teplotní podmínky v bezprostředním okolí kapky.

Nově koncipovaný software Software ADVANCE byl vyvinut s důrazem na jednoduchou automatizaci a intuitivní používání. Příslušné funkce pro každý krok měřicího procesu jsou uspořádány do dlaždic zobrazujících všechny ovládací prvky nezbytné pro daný krok. ADVANCE nepoužívá menu ani vyskakovací okna, čímž se snížil počet nezbytných kliknutí a omezil se čas na hledání skrytých ovládacích prvků. Měření přístrojem SDT je plně programově ovládané a používá připravené a snadno upravitelné postupy. ADVANCE automaticky přiřazuje každou naměřenou hodnotu odpovídajícímu snímku kapky, který zobrazuje v dlaždici videa. Není proto nutné snímky složitě ukládat, načítat a spravovat. Ing. Marek ČERNÍK, Uni-Export Instruments, s.r.o., [email protected]


26.11.2015 16:33:21

INZERCE

Unikátní suché vývěvy nXDS

Zastupuje: CHROMSPEC spol. s r.o. 252 10 Mníšek p. Brdy Lhotecká 594 tel.: 318 599 083 [email protected] fax: 318 591 529 www.chromspec.cz

634 00 Brno Plachty 2 tel.: 547 246 683 fax: 547 246 685

PrepFAST

S C IE NT IFIC ANALY S IS INS T R UME NT S

Uni-Export_88x130_Listopad_2015.indd 1

29.10.15 0:45

ICP • ICP-MS • AA

automatický

•

přesný

•

rychlý

•

jednoduchý

•

efektivní

•

stabilní

Evoluce v automatizaci automatické ředění vzorků automatická příprava kalibrační řady automatické ředění do kalibračního rozsahu


Nicolet-Uni-E_KRUSS.indd 41

41

26.11.2015 16:33:21

VĚDA A VÝZKUM

ROZHOVOR S ING. MILANEM PETRÁKEM, ŘEDITELEM TECHNOPARKU KRALUPY VŠCHT Praha vybudovala v Kralupech nad Vltavou vědeckotechnický park. Tento projekt byl podpořen v rámci operačního programu Podnikání a inovace programem Prosperita, byl realizován v letech 2013–2015 s rozpočtem více než 280 mil Kč. Slavnostní otevření proběhlo počátkem června 2015. Ředitelem Technoparku Kralupy je od dubna 2015 ing. Milan Petrák, který předtím působil v průmyslově-výzkumné sféře a má dlouholeté zkušenosti s řízením organizace aplikovaného výzkumu. Pane řediteli, s jakou vizí do Technoparku Kralupy přicházíte? Dlouhá léta jsem pracoval jako ředitel výzkumného ústavu zaměřeného na aplikovaný výzkum. Chápu, že hlavním úkolem VŠCHT je vzdělávání a výchova studentů, ovšem významnou část práce odborných pracovníků na VŠCHT tvoří také výzkum. V řadě případů se daří výsledky tohoto výzkumu realizovat v praxi, ale někdy je to velmi obtížné. Mým cílem je tedy vybudovat v Technoparku Kralupy pracoviště, které bude zaměřeno na aplikaci výsledků výzkumu. Na jedné straně bude vyhledávat možnost aplikací výsledků odborníků z VŠCHT, na druhé straně bude pro podniky kontaktním místem, jehož úkolem bude zajistit nebo zprostředkovat zájemci odbornou pomoc. Kdo bude v Technoparku pracovat? Kolik zde bude působit zaměstnanců a výzkumníků? Předpokládá se, že v Technoparku bude působit cca 20 až 25 stálých pracovníků. Budou to jednak administrativní specialisté, např. patentoprávní specialista, projektový specialista, ekonom, atd., a potom obsluhy speciálních strojů a přístrojů, např. extrudéru, ICP, Ramanovské spektroskopie. Dále budou trvalými pracovníky Technoparku odborníci, kteří mají různá oprávnění pro provádění expertní činnosti. V Technoparku bude uplatňován systém projektového řízení. Tedy kapacita Technoparku a jeho vybavení bude k dispozici projektovým týmům v různých fázích řešení výzkumných úkolů. Členové projektových týmů budou především z VŠCHT, FS ČVUT a případně z dalších externích firem. Počítáte s účastí studentů? Jak konkrétně mohou být zapojeni? Ano, s účastí studentů se počítá, především jako se členy projektových týmů. Další možnou formou je využití zázemí Technoparku pro experimenty potřebné ke zpracování disertačních nebo diplomových prací, přednostně ale takových, které budou řešit konkrétní problémy pro podniky.

42

Technopark.indd 42

Proč se má Technopark zabývat primárně stavební chemií?

Obr. – Výtlačný lis – extrudér

Stavební chemie, jako obor, je velmi komplexní. Zahrnuje v sobě celou řadu vědeckých disciplín, které se vzájemně doplňují. Tím, že se bude činnost Technoparku orientovat na stavební chemii, bude pokrývat široké spektrum vědeckých disciplín, kterými se zabývá VŠCHT i FS ČVUT. Je to v první řadě materiálový výzkum jak v oblasti silikátové chemie, tak v oblasti organických polymerů. Na materiálový výzkum těsně navazuje výzkum chování materiálů v různém prostředí, jejich ochrana a jejich následné využití po ukončení doby jejich životnosti. Fotokatalytické procesy dokáží přidat materiálům další hodnotu, ochrana před plísněmi, houbami a bakteriemi je další z důležitých disciplín, které budou v Technoparku rozvíjeny. A k tomu neodmyslitelně patří analytická chemie a nejrůznější fyzikální zkoušky. Co budete moci nabídnout podnikové sféře v oblasti aplikovaného výzkumu a přenosu výsledků výzkumu a vývoje do praxe? Budou se řešit projekty a granty? Začnu u druhé části otázky. Veškeré odborné činnosti v rámci Technoparku budou probíhat na projektovém základě. Předem musí být jasné, jakých cílů, jakými prostředky a v jakém čase bude dosaženo. K tomu musí být jasně specifikované zdroje, lidské, finanční a materiálové. Takže podnikům chceme nabízet především profesionální přístup k řešení projektů financovaných z jejich vlastních zdrojů nebo z grantů. V oblasti grantů jsme připraveni podnikům nabídnout maximální podporu při formulaci projektové žádosti i při následné administraci, k tomu samozřejmě odpovídající zázemí, prostorové i přístrojové, a odpovídající personální kapacity. Pro přípravu projektů máme řadu zajímavých témat pocházejících z výzkumné činnosti pracovníků VŠCHT. Flexibilní projektování – co se tím myslí a jak to má fungovat? Ačkoliv je Technopark součástí VŠCHT, není primárně vzdělávacím zařízením. Jako samostatný ústav v rámci školy funguje na tržním principu. Tomu také odpovídá jeho organizační struktura a vybavení. Cílem projektů v Technoparku není produkovat publikace a provádět dlouhodobý výzkum. Na to jsou dobře zařízená pracoviště na VŠCHT v Praze Dejvicích. Technopark má ambice hledat pro svoje partnery rychlá a efektivní technická řešení. Stejně tak základní personální kádr bude flexibilně doplňován z pracovníků ostatních

pracovišť jak v rámci VŠCHT, tak z dalších akademických pracovišť. V tomto směru je velkou výhodou poloha Technoparku, cca 100 m od vlakového a autobusového nádraží. Jaké je přístrojové vybavení Technoparku? Aktuální seznam přístrojů je uveden na našich webových stránkách www.technopark-kralupy.cz. Není to však definitivní. Podle potřeb podniků a rozvoje aktivit výzkumných skupin bude zařízení postupně doplňováno a obměňováno s ohledem především na robustnost a univerzálnost. Jak již bylo řečeno, cílem není dělat výzkum na speciálních přístrojích, ale hledat rychlá a efektivní řešení. Špičkové přístrojové vybavení je v případě potřeby k dispozici na pracovištích v Dejvicích. Kdy počítáte, že bude provoz Technoparku zahájen? Práce v Technoparku se rozbíhají. V současné době připravujeme několik projektů pro různé programy podpory aplikovaného výzkumu, dokončujeme sestavení základního výzkumného týmu, zavádíme metodiky a technické postupy na nových přístrojích. Bude dostatek zájmu ze strany průmyslu? To je v tuto chvíli velmi obtížná otázka. Naštěstí zájem podniků můžeme významně ovlivnit svým vstřícným přístupem k řešení problému. Faktem je, že je veliký zájem o pronájem prostor (laboratoří), je zájem o spolupráci v rámci operačních programů, protože pracoviště Technoparku je přijatelné jako partner v projektech, na rozdíl od pracovišť v Praze. Osobně jsem přesvědčen, že díky našemu záběru a odbornému zázemí renomované vysoké školy se nám podaří zájem podniků získat a udržet. Rozhovor připravil Ing. Petr ANTOŠ, CHEMAGAZÍN


26.11.2015 16:36:42

OCHRANA OVZDUŠÍ

EKOLOGIZACE PODNIKOVÉ TEPLÁRNY DEZA, A. S. Ochrana životního prostředí a zdravých životních podmínek se stává jednou ze základních priorit dalšího rozvoje lidské společnosti. Jsme proto svědky stále se zvyšujícího legislativního tlaku na stále složitější a nákladnější ekologická řešení při chemické výrobě, ale i při výrobě energie. Obě tyto oblasti jsou předmětem činností podniku DEZA, a. s., a proto se od roku 2001 v podniku odvíjí prakticky nekončící linie ekologických investic, paralelně realizovaných vedle nutných investic rozvojových a investic obnovovacích. Zatímco do roku 2010 se v podmínkách DEZA, a. s., jednalo o ekologické investice především do hermetizace skladovacích zařízení chemických látek a ekologizace chemických výrob, paralelně bylo nutno včas reagovat na požadavky Evropské unie, především na zpřísnění emisních limitů pro koncové plyny z výroby energií. Rozhodujícím předpisem byla a je Směrnice EP a Rady č. 2010/75/EU, která vyžaduje ve svém článku 30, odst. 2 aby emise ze zařízení uvedených do provozu před 7. 1. 2014 nepřesáhly od roku 2016 mezní hodnoty, stanovené v části 2 přílohy V této směrnice. Takto definovaným požadavkem dochází k prudkému poklesu limitovaných koncentračních hodnot škodlivin, emitovaných při výrobě energie, a to v porovnání s limity uvedenými ve stávajícím platném integrovaném povolení o 56 až 85 %. Tento legislativní požadavek vyvolal pro energetiku DEZA, a. s., potřebu realizace dalších a zcela zásadních investičních řešení. DEZA, a. s., využila možnosti dle čl. 32 citované Směrnice EU a požádala o zařazení do Přechodného národního plánu (PNP), který umožňuje ve smyslu Prováděcího rozhodnutí komise č. 2012/115/EU dočasně nahradit povinnost plnění zpřísněných koncentračních limitů po r. 2016 soustavou postupně se snižujících emisních stropů pro jednotlivé škodliviny. Nicméně dočasné řešení prostřednictvím emisních stropů nenahrazuje povinnost

dodržování zpřísněných emisních limitů po 30. červnu 2020 a vynucená investice by tak musela být dříve či později stejně provedena. Přechodný národní plán České republiky z června 2014 byl po schválení Evropskou komisí dne 10. dubna 2015 Ministerstvem životního prostředí dne 7. července zveřejněn formou sdělení ve věstníku MŽP z června t. r. Navazujícím správním aktem tak budou změny integrovaného povolení pro podnikovou energetiku, nejprve se zapracováním závazných emisních stropů namísto nových emisních limitů a následně, po uvedení nových investic do provozu, zpětně na nové limity koncentrační. Pro vlastní technická řešení ekologických investic byly na podnikové energetice DEZA, a. s., zvoleny moderní technologie denitrifikace, odsíření a odprášení spalin. Samotná technologie selektivní nekatalytické denitrifikace (snížení koncentrace oxidů dusíku ve vypouštěných spalinách) spočívá v náhradě denitrifikačního činidla – nově používání 45% roztoku močoviny namísto dříve používané čpavkové vody, dále spočívá ve zvýšení kapacity skladovacího zařízení pro roztok denitrifikačního činidla a souvisejících technických úpravách, především instalace zařízení pro vstřikování činidla do spalinových cest. Tato technologie byla realizována nejdříve ze všech tří nových procesů a byla uvedena do zkušebního provozu v srpnu 2014. V případě odsíření (snížení koncentrace oxidů síry ve vypouštěných spalinách) se jedná o realizaci nových zařízení na čištění spalin ověřenou metodou, která je založena na adsorpci za pomoci reagentu, kterým je roztok hašeného vápna. Tato technologie splňuje požadavek BAT – nejlepší dostupné technologie. Odlučovač prachových částic bude sloužit ke snížení emisí tuhých znečišťujících látek (emitovaného prachu). Zařízení pro odsíření a odprášení spalin je před dokončením a je předpoklad, že bude uvedeno do provozu v říjnu t. r.

Tab. 1 – Srovnání emisních limitů pro spalování kapalných paliv Emisní limit [mg/m3] Emitovaná látka

Stávající integrované povolení

Příloha V. Směrnice 2010/75/EU

Garantované hodnoty

Oxidy síry

1.700

250

220

Oxidy dusíku

450

200

180

Tuhé látky

100

25

20

Podnik DEZA, a. s. tak s předstihem splní legislativní požadavky EU na snižování koncentrace znečišťujících látek ve spalinách z podnikové energetiky. Tato ekologická investice – instalace technologií na odsíření, odprášení a denitrifikaci spalin podnikové teplárny vyjde na cca 275 milionů korun. K tomuto jednorázovému investičnímu nákladu bude nutno připočítat každoroční provozní náklady na pomocné látky, jejich skladování a dávkování, náklady na energie, pracovní sílu, náhradní díly, opravy, zneškodňování odpadů atd. Ochrana životního prostředí tedy v podmínkách DEZA, a.s., skutečně není věc levná. RNDr. Oldřich KUBĚNA Projekt je dalším opatřením vedoucím ke zlepšení životního prostředí a je v souladu s programem snižování emisí v rámci Zlínského kraje a celé České republiky. Projektu byly poskytnuty dotační finanční prostředky z Evropského fondu pro regionální rozvoj a z Fondu soudržnosti. Jedná se o Operační program Životní prostředí, Prioritní osa 2 – Zlepšování kvality ovzduší a omezování emisí, opatření 2.2 Omezování emisí. Výše dotace je 40 % způsobilých výdajů. Ing. Tomáš FILIP, Valašský chemik 07-09/2015 DEZA, a. s., www.deza.cz

Tab. 2 – Emisní stropy dle PNP pro DEZA, a. s. Škodlivina

Obr. 1 – Deza, a. s. energetika

Emisní strop [t/r] 2016

2017

2018

2019

I/II 2020

Oxidy síry

557

400

243

86

43

Oxidy dusíku

185

172

159

146

73

Tuhé látky

16,9

14,2

11,5

8,8

4,4

OPERAČNÍ PROGRAM ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

EVROPSKÁ UNIE

Pro vodu,

Evropský fond pro regionální rozvoj

vzduch a přírodu

43

CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015) OPERAČNÍ PROGRAM ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Deza.indd 43

26.11.2015 16:37:10

EVROPSKÁ UNIE

Pro vodu,

Evropský fond pro regionální rozvoj

vzduch a přírodu

AKTUÁLNĚ

UNIPETROL VSTOUPIL DO ČESKÉ VODÍKOVÉ TECHNOLOGICKÉ PLATFORMY Praha, 8.10.2015 – Ačkoliv se společnost Unipetrol v současnosti soustředí na produkci nejrozšířenějších fosilních paliv, reaguje i na technologické trendy využití alternativních zdrojů energií. Velký potenciál budoucího využití, a to i v dopravě, má vodík. Unipetrol se proto stal novým členem České vodíkové technologické platformy (ČVTP). Cílem je bližší spolupráce a lepší koordinace aktivit směřujících k rozvoji vodíkového hospodářství a technologií v České republice. Vznik platformy iniciovalo v roce 2006 Ministerstvo průmyslu a obchodu v jako nástroj, jímž mohou členové diskutovat o oblasti vodíkových technologií a jejich vývoji. „Společnost Unipetrol se mimo jiné zabývá vývojem biopaliv paliv druhé generace. Další zajímavou energetickou alternativou, která se výrazněji rozšiřuje v západní Evropě, je využití vodíku. Tento technologický směr považujeme za perspektivní a chceme přispět k jeho rozvoji v České republice. V případě širší aplikace vodíkových technologií bychom byli schopni vodíkem zásobovat trh,“ říká Tomáš Herink, ředitel výzkumu společnosti Unipetrol. Prvotním projektem v oblasti využití vodíku v dopravě je TriHyBus. Jedná se o experimentální prototyp vodíkového autobusu, v němž energii zajišťují tři zařízení: vodíkové palivové články, Li-ion baterie a výkonné kondenzátory (tzv. ultrakapacitory). Tento unikátní systém obstarává efektivnější využití primární energie obsažené ve vodíku, včetně rekuperace během brzděni. Při provozu autobusu vzniká jako jediná odpadní látka čistá voda. Další možný rozvoj tohoto projektu by rád Unipetrol v rámci platformy diskutoval. Členy platformy jsou kromě Unipetrolu Centrum výzkumu Řež s.r.o., Fakulta strojní ČVUT, Technická univerzita v Liberci, ÚJV Řež a.s., UNITED HYDROGEN, a.s., VŠCHT Praha. ČVTP mimo jiné poskytuje expertízy pro orgány a agentury státní správy a samosprávy v oblastech souvisejících s rozvojem vodíkového hospodářství, mapuje možnost získání prostředků pro financování rozvoje, systematicky sleduje úroveň vývoje v zahraničí a především podporuje a vývoj a zavádění vodíkových technologií a hospodaření v ČR. »»www.unipetrol.cz

MERCK PŘEDSTAVIL NOVOU KONCEPCI ZNAČKY Darmstadt, Německo, 14.10.2015 – Přední vědecko-technologická společnost Merck oznámila uvedení nové koncepce svojí značky. Zásadní úprava vizuální prezentace a představení nového loga reflektuje proměnu na globální vědecko-technologickou společnost. Zároveň byla zjednodušena i architektura značky na obchodní úrovni. Mimo USA a Kanadu bude společnost vystupovat jednotně jako Merck. „Společnost Merck se za posledních deset let významně proměnila,“ zdůraznil předseda

44

Monitor-pr-6-15.indd 44

představenstva Karl-Ludwig Kley. „Z klasického dodavatele léčiv a chemických látek jsme se stali globální technologickou společností. Díky jedinečné kombinaci vysoce specializovaných činností v oblasti biofarmacie, life science a materiálů, jsme dnes v pozici, kdy můžeme nabídnout řešení reagující na tzv. globální megatrendy, například v souvislosti s péčí o zdraví či digitalizací. Cílem celkové změny identity naší značky je komunikovat právě tento nový směr přímo našim zákazníkům, partnerům i zájemcům o zaměstnání. Celosvětově chceme být rozpoznatelní a viditelní jako Merck a naši dobře známou značku tak ještě více posílit. Proto jsme se záměrně zbavili všech zastaralých vizuálních prvků a nově budeme uplatňovat svěží a atraktivní image.“ Investice do značky Merck je součástí strategické transformace a programu pro růst „Fit for 2018“, který mimo jiné klade důraz na inovativní, technologicky zaměřené oblasti podnikání a na modernizaci a expanzi globální centrály společnosti v německém Darmstadtu. S těmito kroky souvisí rovněž sebevědomější a jasnější komunikace, která odráží charakter společnosti Merck a která propojuje její hrdost na téměř 350letou historii s vědeckou zvídavostí a hlubokým zájmem o výzkum. V souvislosti se zavedením nového designu značky budou zrušeny dříve nezávislé divizní značky Merck Serono a Merck Millipore. Merck Serono bude v budoucnu působit jako biofarmaceutická oblast a Merck Millipore jako oblast life science, obě pod značkou Merck. „Po dvou velkých akvizicích nám značky Merck Serono a Merck Millipore pomohly na trh zavést dualitu stávajících a nově získaných podniků. Tento krok se nám podařil úspěšně realizovat. Nyní se proto vracíme ke značce, pod níž jsme známí již téměř 350 let,“ dodal Kley. Produktových značek, mezi které patří například Erbitux či MilliQ, se tato změna nijak nedotkne. Společnost Merck vlastní práva k názvu a značce Merck celosvětově. Výjimkou jsou pouze Spojené státy a Kanada. V těchto dvou zemích proto bude společnost i nadále působit pod označením EMD Serono v oblasti biofarmacie, EMD Performance Materials v oblasti high-tech materiálů a EMD Millipore v oblasti life science, a to až do dokončení plánované akvizice subjektu Sigma-Aldrich. Vizuální image společnosti Merck prošla zásadní proměnou. Tato image vychází z koncepce energické vědecko-technologické společnosti a je inspirována barevnými a rozmanitými tvary, které lze spatřit pod mikroskopem. Nový design společnosti Merck charakterizují výrazné barvy a tvary odkazující na přírodní vědy. Toto pojetí se promítá rovněž do nového firemního loga. Ve srovnání s předchozím logem působí odvážnějším dojmem – jeho design je jednodušší a lze jej použít v různých barvách. Obr.– Jedny z možných barevných provedení nového loga firmy MERCK

„Z našich analýz vyplynulo, že vzhled naší značky by měl v podstatně větší míře vyzařovat emoce, abychom byli na trhu vnímáni jako energická technologická společnost,“ uvedl ředitel pro korporátní komunikaci W. Huber. Účelem nového korporátního designu je také vytvořit vizuální vazbu na obchodní činnost společnosti Merck ve Spojených státech a v Kanadě. Z tohoto důvodu zavádí společnost kromě loga Merck rovněž symbol – výrazné, vícebarevné „M“. To má poukazovat na příslušnost jednotlivých oblastí a produktů ke skupině Merck, a to bez ohledu na názvy jednotlivých subjektů či regiony. V rámci přepracování koncepce značky spolupracovala společnosti Merck s přední agenturou FutureBrand, která poskytuje poradenské služby například značkám Bentley či Nespresso a která se rovněž podílela na podobě londýnských olympijských her v roce 2012. »»www.merckgroup.com

ANTISEPTICKÉ OBLEČENÍ OD ČESKÉ FIRMY Praha, 16.10.2015 (PROTEXT) – Společnost VÚB a.s. z Ústí nad Orlicí vyvinula funkční oblečení pro děti s atopickým ekzémem. Výjimečné vlastnosti se skrývají ve vláknech s obsahem chitosanu, který působí protizánětlivě a je velmi citlivý k podrážděné kůži dětí. Jedná se o jeden z výstupů úspěšného projektu FYZIOPROTECH se zaměřením na speciální textilie pro zdraví člověka. Děti s atopickou dermatitidou mají často velmi suchou a citlivou kůži. Po těle, zejména v kloubních jamkách, se objevují zarudlá a svědivá ložiska, která si děti velmi snadno rozškrábou a zanesou infekcí. Léčba této nemoci představuje z hlediska výzkumu i praxe neustálou výzvu. Její projevy lze snadno zhoršit i volbou nevhodného oblečení. Levný a nekvalitní textil obsahující alergeny, těžké kovy nebo jenom dráždivé textilní etikety může snadno vyvolat zbytečnou alergickou reakci. Běžné oblečení dítě nijak nechrání třeba ani proti rozškrábání svědivých ložisek. Základní myšlenkou celého projektu spolufinancovaného Technologickou agenturou ČR bylo vytvořit oblečení, které dětem nejen neuškodí, ale zároveň nabídne něco navíc. „Oblečení obsahuje organickou bavlnu a celulózu s obsahem chitosanu, který je přirozeně antiseptický. To znamená, že dokáže likvidovat bakterie Staphylococcus aureus, které se na podrážděné kůži často objevují. Oblečení je v přírodním odstínu bez chemických úprav, neobsahuje alergeny a je v souladu podmínkami na výrobky pro děti do tří let. To vše podtrhuje vysoká jemnost a měkkost látky.“ Vysvětluje Ing. Miroslav Tichý, ředitel oddělení pro výzkum a vývoj. Celulózové vlákno obsahuje příměs chitosanu, přírodní látku, která se přirozeně vyskytuje např. ve skeletech mořských korýšů. Je antiseptická a v kombinaci s velmi hladkým povrchem celulózového vlákna je ideální volbou pro děti s atopickým ekzémem. „Při laboratorních zkouškách provedených dle mezinárodních norem je na testovaný textilní vzorek aplikována definovaná koncentrace bakterií Staphylococcus aureus. Po 24


26.11.2015 16:37:56

AKTUÁLNĚ

hod inkubaci bakterií na vzorku se zjišťuje, zda mikroorganismy na vzorku přežívají a množí se, či zda je jejich počet redukován. V případě oblečení CleverTex® byly získány výborné výsledky, které prokazují nejen potlačení množení bakterií (bakteriostatický efekt), ale i jejich redukci (baktericidní efekt)“. Vysvětluje Mgr. Hana Polášková z Textilního zkušebního ústavu v Brně. Společnost VÚB a.s. i nadále pokračuje ve výzkumu a vývoji dalších multifunkčních textilií. Zároveň chce oblečení pro atopiky na základě podnětů a připomínek zdokonalovat. »»www.clevertex.cz

E KO LO G I E & B E Z P E Č N O S T

Sklady na nebezpečné látky s certifikací pro ČR: mobilní, flexibilní, požárně odolné

MERCK DOKONČIL AKVIZICI SIGMA-ALDRICH 25.11.2015 – Společnost Merck oznámila dokončení akvizice firmy Sigma-Aldrich v hodnotě 17 miliard dolarů. Díky tomu se Merck, na trhu čítajícím zhruba 130 miliard dolarů, stává jedním z hlavních hráčů v oboru, připraven řešit ty nejobtížnější problémy v oblasti přírodních věd. Dokončení akvizice proběhlo po schválení Evropskou komisí z minulého týdne, které představovalo poslední antimonopolní podmínku nezbytnou k uzavření transakce s firmou Sigma-Aldrich. Po akvizici bude mít společnost Merck celosvětově zhruba 50 000 zaměstnanců v 67 zemích a 72 výrobních závodů. Předběžné kombinované tržby pro Life Science za rok 2014 dosáhly 4,6 miliard eur. Jak již bylo ohlášeno při zveřejnění výsledků za třetí čtvrtletí 2015, společnost Merck očekává pro rok 2015 celkové tržby mezi 12,6 a 12,8 miliard eur. „Akvizice firmy Sigma-Aldrich znamená vyvrcholení téměř desetiletí trvající proměny a potvrzuje, že společnost Merck je v současné době skutečným lídrem v oblasti vědy a technologií,“ řekl CEO a předseda představenstva společnosti Merck, Karl-Ludwig Kley. „Jsme teď hlavním hráčem v oblasti přírodních věd, kde se každý rok celosvětově utratí 130 miliard dolarů, a spolu s našimi dvěma dalšími rostoucími platformami Healthcare a Performance Materials se můžeme směle pustit do řešení globálních problémů, které zásadním způsobem změní svět.“ V uplynulých deseti letech uskutečnila společnost Merck řadu akvizic a odprodejů v celkové hodnotě 38 miliard eur, čímž se z původně farmaceutické a chemické firmy stala vědecko-technologická společnost specializující se na tři různé oblasti (Healthcare, Life Science a Performance Materials), které slouží jako základna pro úspěšné působení na trhu a podporu inovací v těchto oborech. Po akvizici firmy Sigma-Aldrich bude společnost Merck schopna sloužit zákazníkům z celého světa prostřednictvím spojení atraktivního portfolia uznávaných značek, jako jsou kromě Millipore a Milli-Q také SAFC a BioReliance, a efektivní logistiky, která je schopna zajistit distribuci více než 300 000 produktů. Společnost pokryje všechny fáze biotechnologického výrobního procesu a vytvoří tak komplexní řešení s vylepšeným zákaznickým servisem, zjednodušeným komunikačním rozhraním a unikátní logistikou. „Je to významný milník v dlouhodobé strategii společnosti Merck investovat do oboru

h kovanýc fi i t r e c am jší progr ýrobků v Evropě e l h á s z o v Nejr Bližší informace bezplatně na tel.: přírodních věd.“ řekl Bernd Reckmann, člen výkonné rady společnosti Merck pro Life Science a Performance Materials. „Akvizice firmy Millipore v roce 2010 byla prvním zásadním krokem na této cestě a po dokončení akvizice firmy Sigma-Aldrich se mílovým krokem posuneme k našemu cíli, zajistit si na tomto trhu konkurenční výhodu.“ „Po dokončení akvizice se můžeme pustit do řešení těch nejobtížnějších problémů v oblasti přírodních věd, a to prostřednictvím spolupráce s celosvětovou vědeckou obcí a také podporou dostupnosti zdravotní péče. Jsme velmi rádi, že můžeme začít plně využívat prověřenou vynikající úroveň námi poskytovaných služeb k dodávání ještě efektivnějších a inovativnějších řešení pro naši rostoucí zákaznickou základnu,“ říká Udit Batra, prezident a CEO pro oblast Life Science společnosti Merck. „Vytvořili jsme novou organizaci tak, aby v plném rozsahu využívala našich společných schopností, zejména v oblasti vzájemně propojené logistiky, informačních technologií a elektronického obchodování.“ Společnost Merck sestavila strategické týmy


Monitor-pr-6-15.indd 45

▪

800 383 313

▪

www.denios.cz

pro marketing a inovace (SMIs, Strategic Marketing & Innovation teams), jejichž úkolem bude generovat a zavádět do života inovace šité na míru zákazníkům z oblasti přírodních věd. Týmy, organizované kolem tří zákaznických segmentů, budou odpovídat za určování strategie pro příslušný segment, produktové portfolio a jeho plánování a zvyšování hodnoty produktů. Nová struktura také zahrnuje regionálně uspořádané Commercial Areas tak, abychom využili lokální i globální odborné znalosti a zkušenosti. Tato obchodní oddělení odpovídají za marketing, prodej i vztahy se zákazníky a distributory. SAFC Commercial firmy Sigma-Aldrich, vyjma sekce SAFC Hitech, se stane součástí divize Life Science společnosti Merck. SAFC Hitech se začlení do Performance Materials společnosti Merck a bude fungovat jako součást obchodní jednotky Integrated Circuits. SAFC Hitech a Performance Materials společnosti Merck nabízejí vzájemně se doplňující technologie, a proto se k sobě perfektně hodí. »»www.merckgroup.com

45

26.11.2015 16:37:56

EKONOMIKA A MANAGEMENT

EKONOMIKA A ŘÍZENÍ PODNIKŮ V CHEMICKÉM PRŮMYSLU (26) – BALANCED SCORECARD – VÝVOJ KONCEPCE A MOŽNOSTI VYUŽITÍ HYRŠLOVÁ J.1, ŠPAČEK M.2, SOUČEK I.3 1 Univerzita Pardubice, Dopravní fakulta Jana Pernera (DFJP), Pardubice, [email protected] 2 Vysoká škola ekonomická v Praze (VŠE), Praha, [email protected] 3Vysoká škola chemicko-technologická v Praze (VŠCHT), Praha, [email protected] Balanced scorecard (BSC) je moderní metoda, která byla vyvinuta profesory R. Kaplanem a D. Nortonem. Jedná se o strategický manažerský systém, který pracuje se vzájemně provázanými široce pojatými finančními i nefinančními kritérii. Systém je charakteristický stabilním a standardizovaným postupem formulace a řízení podnikové strategie, který je zaměřen na čtyři základní oblasti, podle této metody nejvíce ovlivňující efektivní fungování podniku v dlouhém nepřetržitém období. Těmito oblastmi (perspektivami) jsou: oblast finanční, oblast zákaznická, oblast interních procesů a oblast učení se a růstu.

1 Cíl a použité metody První informace o nové metodě BSC byla publikována v roce 1992 [23], metoda je tedy předmětem zájmu akademických pracovníků a využívána praxí již 23 let. Autory metody jsou Robert Kaplan a David Norton, kteří vytvořili s využitím výzkumu v 12 společnostech nový základní rámec pro měření výkonnosti podniku. Originalita metody spočívala v tom, že autoři pro měření výkonnosti kromě tradičních finančních ukazatelů využili i další ukazatele, které seskupili do tří kategorií, tzv. perspektiv: zákaznické, interních podnikových postupů a inovací a učení se. Metoda BSC byla poté dále vyzkoušena ve více než 300 organizacích a výsledky implementace byly publikovány v sérii dalších článků – viz např. [17, 18, 19, 20, 21, 25] – a v odborných monografiích – viz např. [22, 26]. Už v roce 1997 (po 5 letech využívání) byla metoda považována za jeden z nejvýznamnějších „objevů“ v rámci manažerského účetnictví, který si zaslouží pozornost, a to jak podnikatelské praxe, tak akademických pracovníků [1], a i po 23 letech využívání zájem o ni nadále trvá – viz např. [2, 34, 35]. Cílem článku je analyzovat pojetí metody BSC od jejího vzniku až do současné doby. Pozornost je zaměřena na postupný vývoj metody z nástroje měření výkonnosti v manažerský systém a také na oblasti, ve kterých lze metodu využít. Článek vychází z rešerše odborných zdrojů, především čerpá z nejprestižnějších zahraničních časopisů, které jsou zaměřeny na manažerské účetnictví. Články jsou analyzovány z pohledu využití BSC obecně, zvláštní pozornost je soustředěna na aplikace v odvětví chemického průmyslu. V této oblasti jsou předmětem zájmu především případové studie, které prezentují implementaci BSC a její přínosy i s ohledem na environmentální a sociální aspekty podnikání a s ohledem na řízení výkonnosti dodavatelských řetězců.

2 Vývoj pojetí BSC a možnosti využití Do konce 80-tých let minulého století byly pro měření a hodnocení výkonnosti podniku využívány především finanční ukazatele. Tento přístup začal být postupně kritizován; při využití finančních ukazatelů jako jediného měřítka výkonnosti se management podniku zaměřoval především na plnění krátkodobých finančních cílů místo toho, aby soustředil svoji pozornost na dlouhodobé cíle a perspektivy podniku. Postupně se v odborné literatuře začaly objevovat názory, že je třeba při hodnocení výkonnosti podniku využít vedle finančních ukazatelů i ukazatele nefinanční (např. včasnost dodávek, jejich kvalita, komplexnost produktu atd.), jejichž plnění přispívá k dlouhodobé prosperitě podniku [30]. V souvislosti s tím vznikla myšlenka vytvořit soustavu ukazatelů, která by propojila operativní cíle s cíli strategickými; např. McNair et al. [32] navrhli pyramidu výkonnosti, jejíž součástí byly ukazatele finanční i nefinanční. Také Grady [11] zdůrazňoval potřebu identifikovat kritické faktory úspěšnosti podniku a definovat akce a programy, které

46

Chemanagement26.indd 46

jsou klíčové pro plnění strategických cílů. Podobné trendy v oblasti měření a řízení výkonnosti se objevily i ve Francii (viz např. [28]). Model nazvaný balanced business scorecard, ve kterém představili tzv. finanční a nefinanční (zákaznickou, interních postupů, inovací a učení se) perspektivy výkonnosti, publikovali Kaplan a Norton v roce 1992. V následujících publikacích již slovo business autoři metody vypustili a metoda byla nadále označována BSC. Autoři metodu dále rozvíjeli a ve své knize The Balanced Scorecard: Translating Strategy into Action [24] upravili dvě ze čtyř původně definovaných perspektiv: interní postupy byly nahrazeny perspektivou interních procesů (do této perspektivy byly začleněny i inovační procesy) a perspektiva inovací a učení se byla překlasifikována na perspektivu učení se a růstu. V publikaci autoři představili systém měření a řízení výkonnosti, který vycházel z následujících příčinných vztahů: opatření v oblasti učení se a růstu vedou ke zlepšení interních podnikových procesů, což přináší lepší výsledky v zákaznické perspektivě a projeví se ve zlepšení finančních výsledků. Ve svých dalších publikacích vydaných v letech 2001–2008 autoři řešili propojení strategických a takticko-operativních cílů s využitím metody BSC. Naznačili, jak by měl podnik postupovat, aby každodenní provozní aktivity pracovníků podporovaly strategické cíle podniku jako celku. Následující tabulka 1 shrnuje vývojové etapy metody BSC – viz předchozí komentář. Z tabulky 1 je zřejmé, že ve stávajících podmínkách neustále se měnícího podnikatelského prostředí představuje metoda BSC komplexní model pro měření, monitorování a řízení výkonnosti podniku tak, aby bylo dosaženo stanovených strategických cílů. Z původně autory navrženého nástroje měření výkonnosti podniku byl postupem času vytvořen komplexní manažerský systém, který integruje strategické a takticko-operativní cíle a aktivity. Jedná se o široce využitelný model, který poskytuje velmi rozsáhlý a celistvý pohled na podnik. Využití BSC dokládá výzkum, který realizoval Hoque [14]. Provedl analýzu článků, které byly mezi roky 1992 a 2011 publikovány v 25 nejprestižnějších časopisech věnujících se problematice účetnictví. Z jeho analýzy vyplynulo: – Ve sledovaném období bylo publikováno k problematice BSC 114 článků; z toho 60 článků (což představuje 53 % z celkového počtu) vyšlo v období 2007–2011. Tento výsledek potvrzuje, že zájem o BSC ve sledovaném období rostl. – Články byly především zaměřeny na využití BSC na podporu rozhodovacích procesů (24 % publikací), na postupy implementace systému do praxe organizací (21 % publikací) a na oblasti (resp. obory podnikání), ve kterých BSC v průběhu sledovaného období našla uplatnění (20 % publikací). – Nejvíce pozornosti bylo věnováno využití BSC v sektoru služeb (především v bankovnictví, pojišťovnictví, leteckých společnosCHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:38:47


Tab. 1 – Vývojové etapy BSC. Zdroj: upraveno podle [14] Rok

Zaměření a oblasti využití metody

1992

– První představení metody BSC – BSC je považována za nástroj měření výkonnosti podniku; pro měření výkonnosti jsou využity finanční i nefinanční ukazatele – Metoda identifikuje čtyři perspektivy (oblasti výkonnosti): finanční, zákaznickou, interních postupů, inovací a učení se – BSC je zaměřena na dlouhodobou výkonnost podniku

1993

– BSC není považována pouze za nástroj měření výkonnosti podniku; představuje manažerský systém, který přispívá k významnému zlepšení podnikové výkonnosti – BSC má významné přínosy pro podnik, pokud je využita v rámci řízení změn – Jsou identifikovány faktory, které jsou klíčové pro úspěšnou implementaci BSC v podniku – Ukazatele užité v rámci BSC musí být v souladu s podnikovou misí, strategií, technologií a kulturou

1996

– Nová vývojová etapa BSC: systém měření výkonnosti se stává strategickým manažerským systémem – Jsou identifikovány čtyři hlavní kroky, které je třeba realizovat pro úspěšnou implementaci systému do podnikové praxe – Dochází k úpravě perspektiv: nově jsou specifikovány perspektivy interních podnikových procesů (původně interních postupů) a učení se a růstu (původně perspektiva inovací a učení se) – Jsou identifikovány vztahy mezi oblastmi výkonnosti a dochází k jejich propojení s podnikovou strategií a vizí

2001

– Dochází k propojení podnikové strategie a operativního řízení; používají se strategické mapy – V rámci podnikových aktivit jsou využívány synergie – Strategické cíle jsou promítnuty do každodenních aktivit každého pracovníka – vytváří se obecné povědomí o cílech podniku, jsou definovány osobní a týmové cíle, sleduje se plnění stanovených cílů a příspěvek jednotlivých pracovníků – Realizace strategie je kontinuální proces – proces je plánován a rozpočtován, je sledována skutečnost a poskytována zpětná vazba, nedílnou součástí je proces učení se – Je kladen důraz na iniciování změn prostřednictvím vedení lidí

2004

– Strategie je vizualizována – Jsou vizualizovány vztahy příčina-následek tak, aby jim každý pracovník porozuměl – Celý podnik (každý pracovník) je součástí podnikové strategie

2006, 2008

– Provázanost (propojení) přispívá k růstu hodnoty – Je třeba provázat (propojit) podnikovou strategii a strukturu – Finanční a zákaznická strategie musí být v souladu – Interní procesy a proces učení se a růstu musí být provázány – Strategické cíle musí být transformovány na dílčí cíle v jednotlivých oblastech (ukazatele jsou provázány, tvoří soustavu) – Musí být vytvořen soulad mezi vedením podniku a investory a mezi podnikem a externími partnery – Provázanost musí být řízena – Strategie podniku musí být přijata a musí mít širokou podporu



tech a telekomunikačních službách - 12 % publikací), v rámci vládních institucí a agentur (11 % publikací) a ve zpracovatelském průmyslu (10 % publikací). – Z výzkumných metod byly v článcích použity především případové studie (30 % publikací); ve sledovaném období bylo tedy publikováno celkem 34 případových studií na využití a implementaci BSC. Ve velkém počtu článků byly využity kvantitativní výzkumné metody; např. Speckbacher et al. [39] realizovali rozsáhlé dotazníkové šetření pro zjištění stavu implementace BSC v německy mluvících zemích, Maiga a Jacobs [31] získali a zpracovali data 83 podniků z oblasti zpracovatelského průmyslu v USA, aby analyzovali dopady BSC a kalkulací nákladů podle aktivit na výkonnost podniku. V rámci výzkumů byly použity také kvalitativní výzkumné metody (hloubkové rozhovory, polostrukturované rozhovory, obsahové analýzy) pro detailní zmapování jednotlivých kroků implementace BSC v konkrétních společnostech a přínosů, které podniky prostřednictvím využití tohoto systému realizovaly. Z předchozího textu lze formulovat základní přínos BSC. BSC při svém vzniku byla chápana jako manažerský nástroj pro měření výkonnosti podniku; autoři navrhli metodu především pro potřeby soukromého sektoru. Novost metody spočívala v propojení finančních a nefinančních faktorů ovlivňujících výkonnost podniků soukromého sektoru. V rámci BSC byla zdůrazněna myšlenka, že investice do rozvoje lidských zdrojů a nových systémů a postupů jsou investice do budoucnosti, které umožní realizovat podnikovou vizi a strategické cíle. BSC současně vizi a strategické cíle transformovala do dlouhodobých plánů a ročních rozpočtů a poskytla zpětnovazební systém pro hodnocení jejich plnění a pro jejich případnou modifikaci. BSC tak jako metoda odstranila nedostatky plánovacích procesů v podnicích tím, že formulovala postupy pro úspěšnou implementaci strategie. Tyto postupy byly ověřeny v praxi a výsledky byly prezentovány v mnoha odborných publikacích.

3 Sustainability balanced scorecard (SBSC) Metoda BSC je považována za jeden z nejúčinnějších nástrojů i pro integraci environmentálních a sociálních aspektů do podnikové strategie a řízení výkonnosti podniku směrem k jeho dlouhodobé udržitelnosti [15]. Je tomu tak proto, že se jedná o multidimenzionální přístup, v podnikové praxi poměrně rozšířený a oblíbený, který postihuje všechny významné oblasti ovlivňující úspěšnost podnikání. Metoda propojuje měření a řízení výkonnosti, a to jak v rovině strategické, tak i takticko-operativní, ve všech oblastech významných pro dlouhodobou udržitelnost podniku. Pro dlouhodobou udržitelnost podniku a získání (resp. udržení) konkurenčních výhod v dlouhodobém časovém horizontu má velký význam (zvláště pro některé obory podnikání, mezi které lze jednoznačně zahrnout podniky chemického průmyslu) realizace podnikových aktivit tak, aby byly šetrné k životnímu prostředí a byly v souladu se společenskou odpovědností podniku. Takto realizované aktivity představují jeden z nejdůležitějších faktorů konkurenceschopnosti [10, 27]. V praxi podniků jsou často environmentální a sociální ukazatele vyčleněny ze soustavy ukazatelů, které jsou využívány pro měření a řízení výkonnosti podniku. V rovině teoretické i praktické je proto třeba vyřešit především problém, jak tyto ukazatele začlenit do systému měření a řízení výkonnosti podniku, aby byly respektovány všechny významné environmentální a sociální aspekty a dopady podnikových procesů. Poté je třeba definovat ty ukazatele, které jsou z hlediska plnění strategických cílů podniku nejdůležitější. Některé ukazatele vyplývají z příslušnosti podniku k určitému odvětví, jiné zase z národních zákonů a nařízení nebo mají souvislost s velikostí podniku. Při volbě ukazatelů jsou klíčové především požadavky a zájmy významných zainteresovaných stran. Lze využít jak finanční měřítka, tak i ukazatele nefinanční. Základní východisko pro tzv. sustainability balanced scorecard (dále SBSC) je stejné jako v tradiční BSC: podniková strategie je promítnuta do čtyř tradičních oblastí (perspektiv): finanční,

47

26.11.2015 16:38:48


zákaznické, interních procesů a učení se a růstu; přitom se vychází z analýzy příčin a důsledků s respektováním strategicky významných aspektů v každé z uvedených oblastí. SBSC se snaží o propojení těchto tradičních oblastí s dalšími perspektivami; jak uvádějí např. Schaltegger a Wagner [37] s tzv. netržními perspektivami. Ty by měly postihnout strategicky významné environmentální a sociální (společenské) problémy neobsažené v předchozích čtyřech perspektivách (např. významné dopady podnikových činností na životní prostředí, využívání dětské práce u dodavatelů, dopady produktů na lidské zdraví apod.), které významně ovlivňují konkurenční schopnost podniku. Vytvořený manažerský systém musí obsahovat přesně definované cíle v oblasti udržitelnosti, vyplývající z podnikem stanovené strategie udržitelnosti. Ta může být různá; např. Bieker et al. [3] vymezili čtyři základní typy strategií udržitelnosti takto: – Strategie spolehlivosti – jde o reaktivní strategii orientovanou na společnost (veřejnost), kladoucí důraz na spolehlivost a reputaci podniku, – Strategie účinnosti – jde opět o reaktivní strategii zaměřenou na trh s cílem zlepšit produkční schopnost podniku a jeho environmentální i sociální výkonnost; strategie je aplikovatelná především v průmyslových podnicích, – Strategie transformační – jedná se o proaktivní strategii orientovanou na společnost (veřejnost); cílem je vyvolat strukturální

změny (nebo na nich participovat) v institucionálním rámci trhů a politik; tato strategie souvisí s významnými změnami na úrovni institucí, – Strategie inovativní – tato strategie je proaktivní, zaměřená na trh; je vytvořen potenciál pro tržní diferenciaci na základě udržitelnosti – podnikové produkty a služby jsou šetrné k životnímu prostředí a jsou v souladu s principy společenské odpovědnosti. Podnikem stanovená strategie je poté promítnuta do cílů udržitelnosti na strategické i takticko-operativní úrovni a plnění těchto cílů je monitorováno. Podle odborných zdrojů [8, 16] je zpravidla postupováno při začlenění environmentálních a sociálních aspektů do BSC tak, že do BSC jsou přidány dvě nové perspektivy – environmentální a sociální. Pouhé přidání těchto dvou perspektiv však zpravidla nepostihne dopady environmentálních a sociálních aspektů do tradičních oblastí (perspektiv) a strategické cíle v environmentální a sociální oblasti tak nemusejí být splněny. Také pouhá integrace environmentálních a sociálních aspektů (faktorů) do tradičních perspektiv nemusí být úspěšná. Takový přístup si klade za cíl začlenit environmentální a sociální faktory do všech podnikových činností a do rozhodování. V některých případech může být tento přístup spíše „rozdělující“ než integrující [8]; pozornost je zaměřena na environmentální a sociální souvislosti akcí, které podnik realizuje, ale přístup nevede

Obr. 1 – Strategie udržitelnosti a struktura SBSC. Zdroj: upraveno podle [8, 9]

48



26.11.2015 16:38:48


k identifikaci zlepšení a potenciálu, který v této oblasti podnik má. Vzhledem k výše uvedené kritice vytvořili Fulop et al. [8] SBSC, která postihuje zájmy významných stakeholderů a hledisko udržitelnosti je integrováno s tradičními perspektivami, které jsou užívány v rámci BSC. SBSC obsahuje environmentální a sociální perspektivu, aby cíle vztahující se k těmto perspektivám mohly být jasně a přímo vymezeny. Novost jejich přístupu spočívá v tom, že očekávání významných stakeholderů v oblasti environmentálních a sociálních aspektů (faktorů) jsou současně integrována i do cílů formulovaných pro tradiční perspektivy. Celý postup vychází z předpokladu, že soustava cílů promítnutá do tradičních perspektiv by měla být v souladu s vymezenou strategií udržitelnosti. Následující obrázek 1 ukazuje propojení strategií udržitelnosti a struktury SBSC tak, jak ho navrhli Fulop et al. [8]. Celý proces musí zohledňovat skutečnost, že pokud má být podnikání dlouhodobě udržitelné, musí být podnik inovativní na mnoha úrovních tak, aby byly minimalizovány environmentálně a společensky negativní dopady, které podnikové činnosti, produkty a služby generují [36]. Podle Fulopa et al. [8] by měl celý proces probíhat v těchto krocích: 1. Definování strategických vstupů: stanovení podnikové mise, hodnot a budoucí vize s respektováním environmentální a společenské odpovědnosti. 2. Volba odpovídajícího typu strategie udržitelnosti. 3. Formulování strategických cílů. 4. Vymezení vztahů příčina-důsledek v rámci definovaných cílů. 5. Identifikování vazeb a souvislostí mezi stanovenými cíli a perspektivami; očekávání v oblasti environmentální a společenské jsou promítnuta do tradičních perspektiv v rámci BSC (finanční, zákaznické, interních procesů a učení se a růstu) a jsou přidány dvě nové perspektivy – environmentální a sociální. 6. Určení operativních cílů a ukazatelů a stanovení odpovídajících manažerských nástrojů. 7. Propojení cílů a nástrojů do soustavy činností a vytvoření odpovídajícího systému (organizace a sběr, zpracování a vykazování informací), který celý proces podporuje. Fulop et al. [8] celý proces aplikovali v jedné z největších maďarských chemických společností Tiszai Vegyi Kombinat (TVK); společnost měla v době aplikace 1 097 zaměstnanců, její roční tržby činily téměř 375 000 milionů HUF a měla implementován manažerský systém založený na BSC. Společnost dlouhodobě věnuje pozornost svým dopadům na životní prostředí a také bezpečnosti a ochraně zdraví při práci. Principy udržitelného rozvoje jsou pevně zakotveny do dlouhodobé strategie společnosti, její strategii lze klasifikovat jako strategii spolehlivosti. Při implementaci SBSC byla v rámci strategické mapy pozornost zaměřena hlavně na interní procesy a především na činnosti, které mají přímou souvislost s environmentálními a sociálními problémy. Jako nejvýznamnější prvek interních procesů byly identifikovány inovace, které musí být realizovány s ohledem na environmentální a sociální aspekty. Tyto inovační procesy mají významné pozitivní dopady na kvalitu produktů a také na jejich cenu, a to přispívá k lepšímu uspokojování potřeb zákazníků (zákaznická perspektiva). Protože TVK považuje ochranu životního prostředí za jednu ze svých strategických priorit a realizuje mnoho opatření ke snížení environmentálních dopadů (např. úpravu odpadů, snížení spotřeby vody ve výrobních procesech, snížení emisí atd.), byly do SBSC (do perspektivy životní prostředí) promítnuty tyto strategické cíle: ochrana životního prostředí a snížení environmentální zátěže. Součástí strategických cílů v sociální perspektivě bylo udržení, resp. zlepšení kvality života okolní komunity. Implementace SBSC byla spojena s celou řadou přínosů. Management TVK vnímal tyto hlavní přínosy implementace SBSC: lepší porozumění koncepci udržitelného rozvoje a tím i její kvalitnější promítnutí do všech podnikových činností, koncepce je srozumitelnější pro všechny zaměstnance společnosti; snáze lze identifikovat CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)


problémové oblasti a navrhnout akce a programy, které přispějí ke zlepšením; SBSC pomáhá společnosti integrovat environmentální a sociální problémy do jejích rozhodovacích procesů a do všech činností; SBSC představuje podklad (směrnici) pro plánování operativních činností tak, aby byly splněny dlouhodobé cíle udržitelnosti. Společnost očekávala ještě další přínos v dlouhodobém časovém horizontu, především v oblasti zlepšení organizační kultury.

4 Supply chain balanced scorecard (SCBSC) I řízení dodavatelských řetězců (supply chain management) vyžaduje vytvoření a implementaci ukazatelů výkonnosti; v případě dodavatelských řetězců je však třeba do procesu zapojit více organizací – článků (prvků) řetězce. Na to, jak celý manažerský systém implementovat, existuje zatím velmi málo případových studií; projektů zaměřených na tuto oblast je také zatím velmi málo. Důvodem je to, že je třeba postihnout výkonnost celého řetězce a současně prezentovat přínosy ze spolupráce, které vznikají jednotlivým zúčastněným organizacím [6, 12]. Tradiční systémy měření a řízení výkonnosti se zaměřují pouze na jednotlivé organizace, nejsou vytvářeny tak, aby podporovaly řízení dodavatelských řetězců [7]. Vzhledem k tomu, že za základní manažerský nástroj lze obecně považovat BSC, bylo by vhodné pro potřeby řízení dodavatelských řetězců navrhnout tzv. supply chain balanced scorecard (dále SCBSC). Řízení dodavatelského řetězce by podle Mentzera et al. [33] mělo mít tyto charakteristiky: – Dodavatelský řetězec by měl být vnímán jako celek; řízení by mělo být zaměřeno na celkové toky v rámci řetězce. – Strategickým cílem by měla být spolupráce (vytvoření jednoho celku), tedy synchronizace a sbližování provozních a strategických schopností jednotlivých článků řetězce. – Řízení je zákaznicky zaměřeno; cílem je vytvořit unikátní a individualizovaný zdroj hodnoty pro zákazníka, vedoucí k uspokojení jeho potřeby. Z výše uvedeného je zřejmé, že pro vytvoření takového systému řízení je potřeba koordinovat jednotlivé články řetězce (jednotlivé podniky) a definovat měřítka výkonnosti řetězce. Jako vhodný nástroj řízení se tedy nabízí BSC. Na tuto možnost poukazují např. Brewer a Speh [5], kteří zdůrazňují přímou vazbu mezi řízením dodavatelských řetězců (cíli řízení, přínosy pro zákazníky, finančními přínosy a zlepšením řízení) a čtyřmi tradičními perspektivami BSC. Možnost využít BSC se objevila i v několika dalších odborných publikacích [13, 29, 38, 40]. Zatím nebyla publikována žádná empirická studie, která by prezentovala implementaci komplexního systému měření a řízení výkonnosti dodavatelského řetězce. Vzhledem k složitosti problému je však třeba se připravit na značnou časovou náročnost a pracnost celého procesu, které představují základní bariéry implementace BSC [4]. V roce 2009 zveřejnili Zimmermann a Seuring [41] dvě případové studie zaměřené na implementaci a vyhodnocení využití BSC při řízení části dodavatelského řetězce; šlo o případové studie z oblasti chemického a automobilového průmyslu. Autoři vytvořili základní rámec tzv. supply chain balanced scorecard (SCBSC). SCBSC definovali jako manažerský systém, který přispívá k rozvoji spolupráce mezi jednotlivými články dodavatelského řetězce a podporuje implementaci strategie dodavatelského řetězce. Cílem systému je optimalizovat celý řetězec tak, aby došlo k lepšímu uspokojování potřeb zákazníků při efektivnějším využití zdrojů. Autoři zdůrazňují, že SCBSC musí být vždy přizpůsobena potřebám a specifikům daného dodavatelského řetězce, a upozorňují na tyto klíčové charakteristiky, které by implementace BSC v dodavatelských řetězcích měla mít: – Při vytváření soustavy ukazatelů výkonnosti je třeba vedle finančních ukazatelů využít i nefinanční ukazatele; ukazatele by měly být zaměřeny nejen na výsledky, ale měly by postihovat především generátory výkonnosti; měly by být interně i externě orientovány. – Ukazatele výkonnosti musí vycházet ze stanovené strategie;

49

26.11.2015 16:38:48


SCBSC odráží sílu jednotlivých článků dodavatelského řetězce. – Zaměření dodavatelského řetězce na zákazníky musí být promítnuto do zákaznické perspektivy; inovační aspekty a spokojenost zaměstnanců by měly být promítnuty do perspektivy učení se a růstu; za nejdůležitější perspektivu lze označit procesy. Do SCBSC musí být promítnuto vše, co chce management dosáhnout a komunikovat. – Vztahy příčiny-důsledky musí být analyzovány přes všechny články dodavatelského řetězce. – Strategie dodavatelského řetězce musí být přenesena na všechny články dodavatelského řetězce. – Je třeba se zaměřit pouze na několik klíčových ukazatelů výkonnosti a tyto ukazatele měřit a vyhodnocovat dlouhodobě, tedy ukazatele výkonnosti stabilizovat. Ukazatele musí pokrývat výkonnost celého dodavatelského řetězce; to umožní vyhodnocovat výkonnost řetězce jako celku, celý řetězec je zaměřen na stejný cíl, lze rozpoznat, pokud jednotlivé články řetězce mají rozdílné cíle, a kdy lokální optimalizace zhoršuje výkonnost celého řetězce, partneři jsou motivováni k dalšímu rozvoji spolupráce, v rámci řetězce je podporován inovační proces a zaměstnancům lze prezentovat, že úspěch jejich společnosti záleží na úspěchu celého řetězce, jehož součástí jejich společnost je. Ukazatele výkonnosti jednotlivých článků řetězce musí být nastaveny tak, aby sloužily jako diagnostický nástroj k rozpoznání vznikajícího problému, který by mohl zhoršit výkonnost řetězce jako celku. Případová studie z oblasti chemického průmyslu pokrývala dva články řetězce: výrobní společnost (velký nadnárodní výrobce chemikálií) a obchodní společnost (distributor chemikálií; realizuje přímý prodej konečným zákazníkům – B2B i dalším distributorům). Hlavním cílem BSC bylo demonstrovat úspěch spolupráce, vyjasnit strategické cíle partnerů, stanovit klíčové ukazatele výkonnosti a identifikovat příležitosti pro zlepšení. Strategické cíle a ukazatele výkonnosti SCBSC jsou shrnuty v tabulce 2. Tab. 2 – Strategické cíle a měřítka výkonnosti SCBSC. Zdroj: [41] Perspektiva

Strategický cíl

Ukazatele výkonnosti

Finanční

Zlepšení výsledků hospodaření

Obrat Podíl na trhu Index spokojenosti zákazníků (dotazníkové šetření)

Zákaznická

Vyšší spokojenost zákazníků

Počet reklamací a stížností Podíl reklamací a stížností na celkovém počtu objednávek

Zlepšení služeb souvisejících s dodávkami Procesy

Snížení nákladů na zásoby Zlepšení administrativních procesů

Rozvoj

Spolehlivost dodávek (plnění dodávek) Průměrné měsíční zásoby hotových výrobků Průměrné zásoby /Měsíční tržby Objem prodejů (v tunách)

Využití elektronického obchodu

–

Zvýšení spokojenosti zaměstnanců zapojených do spolupráce

–

Společné marketingové strategie a akce

–

Studie prokázala, že SCBSC poskytuje odpovídající rámec pro systematickou analýzu a zlepšování výkonnosti dodavatelského řetězce. Základním východiskem pro stanovení strategických cílů SCBSC musí být strategie spolupráce jednotlivých článků dodavatelského řetězce. Ukazatele výkonnosti dodavatelského řetězce

50


jako celku se však definují velmi obtížně; obtížné je také jejich měření. Představitelé obou podniků zapojených do případové studie potvrdili, že hlavním problémem implementace a udržování manažerského systému je náročnost a pracnost sběru a zpracování dat, která jsou potřebná pro výpočet ukazatelů výkonnosti začleněných do SCBSC. Problémem byla také skutečnost, že oba zapojené podniky nevnímaly přínosy stejně; obchodní společnost považovala navržený systém za prospěšný pouze pro výrobní organizaci. Tato omezení mohou znamenat, že BSC pro potřeby řízení dodavatelských řetězců nenajde v praxi uplatnění. Úspěch manažerského systému SCBSC je v praxi závislý na tom, zda články zapojené do dodavatelského řetězce budou ochotny vzájemně sdílet cíle a data, která systém vyžaduje, což představuje kvalitativně vyšší stupeň vzájemné spolupráce partnerů. To je zřejmě také hlavní důvod, proč existuje tak málo studií a projektů zaměřených na tuto oblast v praxi i v odborné literatuře.

5 Závěr BSC se postupně stala velmi úspěšným manažerským systémem, který umožňuje strategické cíle transformovat do cílů operativních, identifikovat determinanty a dílčí cíle pro jednotlivé oblasti a promítnout je do operativních plánů tak, aby strategické cíle byly splněny. BSC v současnosti představuje strategický manažerský systém, který lze využít nejen v soukromém sektoru v různých oborech podnikání, ale i v sektoru veřejném. Pro úspěšnou integraci environmentálních a sociálních aspektů do BSC (tzv. SBSC) je třeba identifikovat environmentální a sociální ohrožení a vybrat ty environmentální a sociální aspekty, které jsou pro daný podnik strategicky nejvýznamnější. Jedná se o soubor aspektů, které mohou potenciálně významně ovlivnit dlouhodobou udržitelnost podniku. Na tomto základě je třeba vytvořit strategické mapy příčin a důsledků, definovat klíčové ukazatele, určit cíle pro jednotlivé úrovně řízení a navrhnout akce (programy), které by měly být realizovány. V rámci procesu je třeba zajistit, aby SBSC byla neustále přezkoumávána ve vazbě na podnikovou strategii; jedině tak bude SBSC plnit svoji funkci jako strategický manažerský systém. BSC lze využít jako manažerský systém i pro řízení výkonnosti dodavatelských systémů; systém lze označit jako SCBSC. V předchozím textu popsané případové studie ukázaly, že systém lze navrhnout a implementovat, a to i přesto, že vyžaduje vyšší formu spolupráce jednotlivých článků dodavatelského řetězce a ne vždy vnímají všechny články přínos tohoto systému stejně. Jako největší problém se jeví náročnost sběru a zpracování dat, která jsou pro fungování systému potřebná. V této oblasti využití BSC je však třeba ještě v budoucnu uskutečnit mnoho studií a projektů, které rozhodnou o tom, zda tento systém řízení výkonnosti dodavatelských řetězců nalezne v praxi uplatnění.

Literatura [1] ATKINSON A. A. et al. New Directions in Management Accounting Research. Journal of Management Accounting Research, 1997, 9, 79–108. [2] BARNABE F., BUSCO C. The Causal Relationships between Performance Drivers and Outcomes: Reinforcing Balanced Scorecards´ Implementation through System Dynamics Models. Journal of Accounting and Organizational Change, 2012, 8, 4, 528–538. [3] BIEKER T. et al. Towards Sustainability Balanced Scorecard: Linking Environmental and Social Sustainability to Business Strategy. St. Gallen-Fontainebleau: IWÖ-HSG and INSEAD, 2002. [4] BOURNE M. et al. The Success and Failure of Performance Measurement Initiatives: Perceptions of Participating Managers. International Journal of Operations and Production Management, 2006, 22, 11, 1288–1310. [5] BREWER P. C., SPEH T. W. Using the Balanced Scorecard to Measure Supply Chain Performance. Journal of Business CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:38:48


Logistics, 2000, 21, 1, 75–94. [6] COOPER M. C., LAMBERT D. M., PAGH J. D. Supply Chain Management: More than a New Name for Logistics. The International Journal of Logistics Management, 1997, 8, 1, 1–14. [7] CULLEN J. et al. Interfirm Supply Chains: the Contribution of Management Accounting. Management Accounting (British), 1999, 77, 6, 30–33. [8] FULOP G. et al. Developing of Sustainability Balanced Scorecard for the Chemical Industry: Preliminary Evidence from a Case Analysis. Inzinerine Ekonomika-Engineering Economics, 2014, 25, 3, 341–349. [9] FULOP G., HERNADI B. Corporate Sustainability – Strategic Alternatives and Methodology – Implementation. In DERMOL V. et al. (Eds.) Proceedings of the 2012 International Conference on Management, Knowledge and Learning: Global Empowerment, Celje, Slovania, 2012, 109–120. [10] GARVARE R., JOHANSSON P. Management for Sustainability: A Stakeholder Theory. Total Quality Management and Business Excellence, 2010, 21, 7, 737–744. [11] GRADY M. W. Performance Measurement: Implementing Strategy. Management Accounting, 1991, June, 49–53. [12] GUNASEKARAN A., PATEL C., TIRTIROGLU E. Performance Measures and Metrics in a Supply Chain Environment. International Journal of Operations and Production Management, 2001, 21, 1/2, 71–87. [13] HOLMBERG S. A Systems Perspective on Supply Chain Measurements. International Journal of Physical Distribution and Logistics Management, 2000, 30, 10, 847–868. [14] HOQUE Z. 20 Years of Studies on the Balanced Scorecard: Trends, Accomplishments, Gaps and Opportunities for Future Research. The British Accounting Review, 2014, 46, 33–59. [15] HYRŠLOVÁ J. Účetnictví udržitelného rozvoje podniku. Praha: VŠEM, 2009. [16] JONES P. Designing an Effective Environmental Balanced Scorecard. 2011 [Online] Available from: www.excitant.co.uk [17] KAPLAN R. S., NORTON D. P. Having Trouble with your Strategy? Then Map it. Harvard Business Review, 2000, 78, 5, 167–176. [18] KAPLAN R. S., NORTON D. P. How to Implement a New Strategy without Disrupting your Organization. Harvard Business Review, 2006, 84, 3, 100–109. [19] KAPLAN R. S., NORTON D. P. Linking the Balanced Scorecard to Strategy. California Management Review, 1996, 39, 1, 53–79. [20] KAPLAN R. S., NORTON D. P. Mastering the Management System. Harvard Business Review, 2008, 86, 1, 62–77. [21] KAPLAN R. S., NORTON D. P. Putting the Balanced Scorecard to Work. Harvard Business Review, 1993, September-October, 134–147. [22] KAPLAN R. S., NORTON D. P. Strategy Maps: Converting Intangible Assets into Tangible Outcomes. Boston: Harvard Business School Press, 2004. [23] KAPLAN R. S., NORTON D. P. The Balanced Scorecard – Measures that Drive Performance. Harvard Business Review, 1992, 70, 1, 71–79. [24] KAPLAN R. S., NORTON D. P. The Balanced Scorecard: Translating Strategy into Action. Boston: Harvard Business School Press, 1996. [25] KAPLAN R. S., NORTON D. P. The Execution Premium: Linking Strategy to Operations for Competitive Advantage. Boston: Harvard Business School Press, 2008. [26] KAPLAN R. S., NORTON D. P. The Strategic Focused Organization: How Balanced Scorecard Companies Thrive in CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)


the New Business Environment. Boston: Harvard Business School Press, 2001. [27] KOLK A. The Economics of Environmental Management. London: Prentice Hall, 2000. [28] LEBAS M. Managerial Accounting in France – Overview of Past Tradition and Current Practice. European Accounting Review, 1994, 3, 3, 471–487. [29] LOHMAN C., FORTUIN L., WOUTERS M. Designing a Performance Measurement System: a Case Study. European Journal of Operational Research, 2004, 156, 2, 267–286. [30] LYNCH R. L., CROSS K. F. Measure up! London: Blackwell, 1991. [31] MAIGA A., S., JACOBS F. A. Balanced Scorecard, Activity-Based Costing and Company Performance: an Empirical Analysis. Journal of Managerial Issues, 2003, 15, 3, 283–301. [32] MCNAIR C. J., LYNCH R. L., CROSS K. F. Do Financial and Nonfinancial Performance Measures Have to Agree? Management Accounting, 1990, November, 28–36. [33] MENTZER J. T. et al. Defining Supply Chain Management. Journal of Business Logistics, 2001, 22, 2, 1–26. [34] RASOOLIMANESH M. S. et al. Investigating a Framework to Facilitate the Implementation of City Development Strategy Using Balanced Scorecard. Habitat International, 2015, 46, 156–165. [35] SALTERIO S. Balancing the Scorecard through Academic Accounting Research: Opportunity Lost? Journal of Accounting and Organizational Change, 2012, 8, 4, 458–476. [36] SARMENTO M., DURAO D., DUARTE M. Evaluation of Company Effectiveness in Implementing Environmental Strategies for a Sustainable Development. Energy, 2007, 32, 6, 920–926. [37] SCHALTEGGER S., WAGNER M. Managing Sustainability Performance Measurement and Reporting in an Integrated Manner. In SCHALTEGGER S., BENNETT M., BURRITT R. (Eds.) Sustainability Accounting and Reporting, Dordrecht, Springer, 2006, 681–697. [38] SCHMITZ J., PLATTS K. W. Roles of Supplier Performance Measurement: Indication from a Study in the Automotive Industry. Management Decision, 2003, 41, 8, 711–721. [39] SPECKBACHER G., BISCHOF J., PFEIFFER T. A Descriptive Analysis on the Implementation of Balanced Scorecards in German-Speaking Countries. Management Accounting Research, 2003, 14, 361–387. [40] VAN HOEK R. I. The Contribution of Performance Measurement to the Expansion of Third Party Logistics Alliances in the Supply Chain. International Journal of Operations and Production Management, 2001, 21, 1/2, 15–29. [41] ZIMMERMANN K., SEURING S. Two Case Studies on Developing, Implementing and Evaluating a Balanced Scorecard in Distribution Channel Dyads. International Journal of Logistics: Research and Applications, 2009, 12, 1, 63–81.

Abstract BALANCED SCORECARD – DEVELOPMENT OF THE CONCEPT AND APPLICATIONS Summary: Balanced scorecard (BSC) is an advanced method developed by the professors R. Kaplan and D. Norton. It is a strategic management system working with mutually interconnected broadly understood financial and non-financial criteria. The system is characterized by stable and standardized process for formulating and management of the company strategy, focusing on four basic perspectives, showing the highest influence on effective functioning of the company in long period. These perspectives are as follows: financial, customer, internal processes, and learning and growth. The article is focused on development of the balanced scorecard concept and key areas of system use. Key words: Balanced scorecard, performance measurement, sustainability performance, supply chain performance

51

26.11.2015 16:38:48

ANALÝZA DAT

VYHODNOCOVÁNÍ EXPERIMENTÁLNÍCH DAT (11) JAVŮREK M., TAUFER I. Univerzita Pardubice, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Katedra řízení procesů, [email protected], [email protected] V článku je ukázána řada testů či postupů, jak vybírat mezi různými regresními modely při hledání nejlepšího proložení neznámými daty. Testují se jednak vhodnost modelu jako celku, jednak významnost nalezených parametrů. Dále je ukázáno porovnávání více přímkových modelů mezi sebou. Uvedené postupy je třeba kombinovat s již dříve ukázanou analýzou reziduí. Celý postup výběru nejvhodnějšího modelu je komplikovaný a je nutno k němu přistupovat tvůrčím způsobem.

Úvod Jak bylo již vysvětleno v předchozích dílech seriálu [1, 2], hlavním výsledkem regresních výpočtů je určení parametrů regresní závislosti a jejich chyb. Již první pohled na tyto dvě skupiny hodnot poskytuje prvotní informaci o úspěšnosti výpočtu, tj. pokud jsou chyby parametrů alespoň o řád menší, než samotné parametry. V opačném případě, zejména pokud hodnoty chyb překračují hodnoty parametrů, je třeba analyzovat jednak kvalitu dat [2], jednak samotný model, který byl pro regresi navržen. Pokud známe analytický popis závislosti, zbývá nám pouze kritika dat. Většinou však tento popis není k dispozici, takže je na naší zkušenosti či fantazii, jaký regresní model zvolíme. Pak ovšem je třeba mít objektivní kritéria porovnání výsledků výpočtů pro různé modely mezi sebou. Zde testujeme tzv. přiměřenost modelu, tj. míru vystižení experimentálních dat modelem a dále významnost jednotlivých parametrů. Tímto se však nemyslí významnost fyzikální, ale matematická – tj. míra přínosu daného parametru, resp. členu regresní rovnice, k vyčíslené hodnotě účelové funkce. To je důležité zejména při častém použití polynomů jakožto nejoblíbenějších regresních modelů. Poněkud podobnou, ale možná ještě zásadnější, je tzv. podmíněnost parametrů – tj. míra vlivu změny parametru na změnu hodnoty účelové funkce. Čím je tato podmíněnost parametru větší, tím přesněji a správněji je určen. Podmíněnost je způsobena zakřivením tvaru účelové funkce v okolí minima. Např. u jednoduché lineární regrese je směrnice výrazně lépe podmíněna ve srovnání s úsekem.

Obr. 1 – Čtyři rozdílné skupiny simulovaných dat, pro které jednoduchá lineární regrese poskytuje totožný model a další základní charakteristiky (převzato z [3])

V dalším budeme předpokládat, že pro každý zkoumaný model byla provedena kritika dat, tak jak bylo ukázáno v [2]. 1 Problémy testování modelů V knize [3] jsou ukázány čtyři zcela odlišné skupiny simulovaných dat, viz obr. 1. Pro tyto skupiny je provedena jednoduchá lineární regrese. Ve všech případech byl nalezen shodný model (tj. shodné parametry i jejich chyby), shodné testy parametrů Studentovým testem i test celého modelu Fisher-Snedecorovým testem (viz níže). Rovněž koeficient korelace byl totožný. Jednoznačné rozlišení vhodnosti či nevhodnosti modelů ukáže až analýza reziduí. Z toho vyplývá, že testování modelů je úloha komplexní, vyžadující tvůrčí přístup při vyhodnocení provedených výpočtů. Rozhodně nelze stanovit jednotný a jednoznačný postup, tj. např. pořadí důležitosti porovnávaných kritérií. 2 Testování korelačních koeficientů Míra těsnosti proložení vypočtené závislosti je často vyjadřována pomocí korelačních koeficientů. Jak bylo však již uvedeno [2], korelační koeficienty se zvyšující se hodnotou ztrácejí citlivost a jejich použití je zavádějící a nespolehlivé. Pro praktické vyhodnocení je tudíž nelze doporučit. Test párového korelačního koeficientu rxy (jehož výpočet viz [2])

(2) Testovací veličina Fr se porovnává s kritickou hodnotou Fisherova-Snedecorova rozdělení Fα,m–1,n–m (kde m je počet stanovovaných parametrů). Test významnosti parciálního korelačního koeficientu (3) Testovací veličina tra se porovnává s kritickou hodnotou Studentova rozdělení tα,n–k–2 (k je počet „vyloučených“ parametrů). 3 Testování parametrů Nejčastěji se testuje významnost parametru, tj. provádíme porovnávání jeho hodnoty vůči nule. Tím bychom měli zjistit, zda by nebylo možno parametr zanedbat, resp. příslušný člen vyřadit z regresní rovnice. Používá se klasický Studentův test pro porovnání dvou hodnot ,

(1)

Testovací veličina tr se porovnává s kritickou hodnotou Studentova rozdělení tα,n–2 (n je počet měření, α je hladina významnosti). Test významnosti koeficientu determinace rxy2

52

Vyhodnocování_11.indd 52

(4)

kde bj je zvolený parametr, βj je jeho očekávaná hodnota (v našem případě nula) a sb je směrodatná odchylka (chyba) parametru. Testovací veličina t se porovnává s kritickou hodnotou Studentova rozdělení tα/2,n–m (je-li větší, parametr je významný). CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)

26.11.2015 16:39:27

ANALÝZA DAT

Toto jednoduché testování však selhává zejména při použití oblíbených polynomů. Zde se zvyšující mocninou nezávisle proměnné naopak snižuje hodnota příslušného parametru – ovšem celý člen regresní rovnice je významný. Pokud bychom parametr jako zanedbatelný vypustili, regresní rovnice se změní a opětovně nalezené parametry budou mít zcela jiné hodnoty. Je možné použít empirický postup, kdy bychom testovali v původní rovnici významnosti celých členů rovnice, resp. součtů jednotlivých členů přes všechna měření, vůči nule – čímž by se zjistila významnost příspěvku jednotlivých členů a pak podle toho korigovat regresní rovnici. Pro exaktnější testování jednotlivých parametrů se používá korigovaná rovnice (4) ,

(5)

kde cjj jsou diagonální prvky matice (XTX)-1. Testovací veličina Tj se porovnává s kritickou hodnotou Studentova rozdělení t1–α/2,n–m. 4 Test vhodnosti celého modelu

,

kde q je počet testovaných parametrů, m celkový počet parametrů, RSC je účelová funkce pro skutečné hodnoty parametrů, RSC1 pro předpokládané hodnoty parametrů. 7 Test shody více modelů Velmi častou úlohou je porovnání více než dvou regresních modelů, např. zda nám různá měření poskytují shodné výsledky. Pro přímkové závislosti mohou nastat varianty: a) přímky jsou shodné, b) přímky se protínají, c) přímky jsou rovnoběžné. Předpokladem testování je homoskedasticita dat. Odsud pak lze usuzovat na shodu / neshodu směrnic a úseků. Existují testy, které odděleně zjišťují homogenitu směrnic a úseků více přímek. Exaktnější je však opět testování simultánní

Vhodnost, přiměřenost celého modelu lze testovat kritériem ,

,

(6)

kde testovací veličina F se porovnává s kritickou hodnotou Fisherova-Snedecorova rozdělení F1–α,m,n–m (σ je směrodatná odchylka souboru reziduí).

(8)

,

(9)

Tento test pouze zjišťuje vhodnost daného modelu, není však zárukou, že jde o model nejvhodnější. Je-li tento test negativní, model je zcela určitě nevhodný.

kde RSCK je účelová funkce pro všechny body proložené jedinou přímkou, M je celkový počet přímek.

Pokud F test vychází spolu s T testy pozitivní, i model lze považovat za vhodný. Jestliže F test je pozitivní a některé T testy negativní, je možné příslušné parametry vyřadit, ale pravděpodobněji jde o důsledek multikolinearity, což bude vysvětleno v následujícím pokračování tohoto seriálu.

8 Chowův test shody dvou lineárních modelů

5 Test vhodnosti modelu podle Uttsové Vhodnost použití lineárního modelu vychází z toho, že vždy je možné nalézt oblast dat, kde bude lineární model vyhovovat. Test spočívá v tom, že data rozdělíme na dvě skupiny – polovinu bodů vybereme v těžišti a druhou skupinou jsou body v okrajích závislosti. Testovací charakteristika se pak spočte ,

(7)

kde n je celkový počet bodů, n1 je počet bodů vybraných v těžišti, RSC a RSC1 jsou hodnoty účelové funkce (Reziduální Součet Čtverců) pro obě skupiny bodů a m je počet parametrů. Testovací charakteristika se porovnává s kritickou hodnotou Fisherova-Snedecorova rozdělení pro n – n1 a n1 – m stupňů volnosti. 6 Testy složených hypotéz Obr. 2 – Princip testu správnosti lineárního modelu podle Uttsové (převzato z [3])

Testovací veličina FA se porovnává s kritickou hodnotou Fisherova-Snedecorova rozdělení . V předchozím se testovala shoda dvou či více přímek, ovšem lineární regresní funkce nemusí mít přímkový průběh. Zde se používá testovací kritérium ,

(10)

kde RSC1 a RSC2 jsou účelové funkce pro jednotlivé modely, RSC je účelová funkce pro model se všemi body n = n1 + n2. Testovací veličina se porovnává s kritickou hodnotou Fisherova-Snedecorova rozdělení pro m a n – 2 m stupňů volnosti v případě homoskedasticity dat. Jinak je třeba druhý ze stupňů volnosti korigovat .

(11)

9 Souhrnné testy modelů Zde uvedeme charakteristiky, sloužící k porovnání více modelů mezi sebou. Tudíž hodnoty nalezené pro jediný model nemají smysl – nejsou žádné kritické hodnoty apod. Velmi často vycházejí záporné hodnoty (tj. větší záporné číslo reprezentuje lepší model). Výhodou těchto charakteristik je dále to, že se neomezují jen na lineární modely. a) Střední kvadratická chyba predikce (Mean Error of Prediction) ,

(12)

kde ê jsou rezidua a Hii jsou diagonální prvky projekční matice. b) Predikovaný koeficient determinace V části 4 bylo ukázáno testování jednotlivých parametrů vůči očekávaným hodnotám. Správnější postup je však testování modelu jako celku, tj. porovnáváme model se skutečnými a model s očekávanými hodnotami parametrů. Testovací charakteristika tedy zjišťuje míru změny účelové funkce CHEMAGAZÍN • Číslo 6 • Ročník XXV (2015)


,

(13)

kde ȳ je průměrná hodnota závisle proměnné. Dokončení na další straně

53

26.11.2015 16:39:28

ANALÝZA DAT

c) Akaikeho informační kritérium

– normalita reziduí – ano

.

(14)

Akaikeho informační kritérium bývá považováno za nejvýznamnější a je mu dávána přednost. Stává se totiž, že třeba při porovnání řady regresních polynomů tato kritéria nemají shodný trend poklesu či vzrůstu. Ale i tak je třeba problém brát komplexně, je velmi ošidné rozhodnout na základě jednoho či dvou kritérií.

Příklad Jako modelový byl použit příklad L6.21 z [4], kde je zkoumána závislost koncentrace makroglobulinu v krvi žen na věku, viz obr. 3. Pro každý model byly testovány významné body a pak vyloučeny. Obr. 3 – Závislost koncentrace makroglobulinu v krvi žen na věku, data převzata z [4]

(Jarque-Berraův test)

– znaménkový test reziduí – není trend. Za povšimnutí stojí protichůdnost zjištěné heteroskedasticity a normality reziduí, což je způsobeno omezenou objektivitou těchto celkových testů. Studentův test přijal u polynomu 2. stupně všechny parametry jako významné, u polynomu 3. stupně byl poslední parametr d nevýznamný a u polynomu 4. stupně byly parametry c, d, e hodnoceny jako nevýznamné. Po zhodnocení číselných charakteristik z tab. 1 lze říci, že souhrnné charakteristiky (MEP, RSC, koeficient determinace, predikovaný korelační koeficient, směrodatná odchylka souboru reziduí) nevykazují nijak významné zlepšení se zvyšujícím se stupněm polynomu. Naopak AIC se spíše zhoršuje. Jako zcela dostačující lze považovat polynom 2. stupně.

Závěr Hledání či výběr nejvhodnějšího modelu je jednou z nejobtížnějších fází aplikace regresní metody. Pokud chceme posoudit zběžně kvalitu proložení dat regresním modelem, vystačíme s tak triviálními pomůckami, jako je graf proložení experimentálních dat vypočtenými, či pohled na relaci hodnot parametrů a jejich chyb. Ale v případě porovnání shody či neshody více modelů, míru vlivu jednotlivých parametrů atd., musíme užít nástroje komplexnější a sofistikovanější. Lineární regrese těchto nástrojů nabízí dostatek, z nichž některé jsou popsány výše.

Jelikož závislost zjevně není přímková, tak ani model přímky nebyl testován. Byly zkoušeny polynomy 2. – 4. stupně, základní číselné charakteristiky přináší tabulka 1. Statistické testy všech tří modelů vycházely shodně:

Velmi často se používají polynomy různého stupně, je to jakási první volba, pracujeme-li s neznámými daty. Není problémem spočítat polynom libovolného stupně, je však třeba mít především na paměti zásadu, že na každý určovaný parametr je třeba 4–5 experimentálních bodů. Rovněž zvyšování stupně polynomu nemusí být vždy výrazně efektivní – zde bychom doporučili zásadu známou jako „Occamova břitva“ – při dvou podobných řešeních vybíráme to jednodušší.

– heteroskedasticita – ano

(Cookův-Weisbergův test)

Literatura

– významnost modelu – ano

(Fisherův-Snedecorův test)

– autokorelace – ne

(Waldův test)

[1] JAVŮREK, M., TAUFER, I. Vyhodnocování experimentálních dat (9). CHEMAGAZÍN, XXV (2015), 3, s. 37–39. ISSN 1210 – 7409.

Tab. 1 – Základní charakteristiky různých modelů dat z příkladu L6.21 [4]

[2] JAVŮREK, M., TAUFER, I. Vyhodnocování experimentálních dat (10). CHEMAGAZÍN, XXV (2015), 4, s. 49–51. ISSN 1210 – 7409.

Stupeň polynomu

2

3

4

Vyloučené body

58

22, 55, 57, 58

1, 22, 55, 58

Parametr a

4,27E+00

4,79E+00

6,00E+00

Parametr b

-1,21E-01

-1,74E-01

3,38E-01

[4] MELOUN, M., MILITKÝ, J. Kompendium statistického zpracování dat. Praha: Academia, 2006. ISBN 80-200-1396-2. 982 s.

Parametr c

1,31E-03

2,85E-03

1,00E-02

Abstract

Parametr d

–

-1,32E-05

-1,41E-04

Parametr e

–

–

7,73E-07

s(a)

1,85E-01

4,22E-01

8,67E-01

s(b)

9,95E-03

3,84E-02

1,09E-01

s(c)

1,17E-04

1,01E-03

4,64E-03

s(d)

–

8,10E-06

8,03E-05

s(e)

–

–

4,86E-07

Koeficient determinace

EVALUATION OF EXPERIMENTAL DATA (11) Summary: This present article shows a number of tests or procedures for selection from among various regression models when looking for the best fit of unknown data. The tests concern the suitability of model as a whole and the significance of the parameters found. Furthermore, the article shows the comparison of several linear models with each other. The described procedures should be combined with the earlier described analysis of residua. The whole procedure of choosing the most suitable model is complicated, and it has to be approached in a creative way. Key words: Model searching, model testing, statistical tests.

7,52E+01

7,65E+01

7,77E+01

Predikovaný koeficient korelace

8,51E-01

8,55E-01

8,55E-01

MEP

7,56E-02

7,17E-02

7,14E-02

AIC

-1,47E+02

-1,42E+02

-1,42E+02

RSC

3,85E+00

3,70E+00

3,20E+00

Sm. odch. reziduí

2,67E-01

1,32E-01

2,55E-01

54


[3] MELOUN, M., MILITKÝ, J. Statistická analýza experimentálních dat. Praha: Academia, 2004. ISBN 80-200-1254-0. 953 s.


26.11.2015 16:39:28

AKTUÁLNĚ Z VĚDY

CENY AKADEMIE VĚD ČR ZÍSKALI ÚSPĚŠNÍ VĚDCI Ceny Akademie věd ČR předal ve čtvrtek 24. září 2015 vynikajícím českým badatelům předseda AV ČR prof. Jiří Drahoš. Významné ocenění spojené s finanční odměnou je udělováno za ukončené vědecké výsledky špičkového výzkumu strategicky orientovaného na společenské priority, které přispívají k prestiži české vědy v mezinárodním srovnání a od jejichž prvního zveřejnění nebo realizování neuplynulo více než pět let. Předávacího aktu v pražské Lannově vile se kromě laureátů zúčastnili i ředitelé vědeckých pracovišť Akademie věd ČR a další významné osobnosti. Níže uvedení vědci byli oceněni za své vynikající výsledky, dosažené při řešení vědeckých úkolů i při řešení grantových, programových a mezinárodních projektů financovaných AV ČR. Předána byla i Cena předsedy AV ČR za propagaci či popularizaci výzkumu, experimentálního vývoje a inovací, udělovaná výzkumným pracovníkům za životní dílo v oblasti rozvoje výzkumu, experimentálního vývoje a inovací, včetně jeho propagace či popularizace. Cenu Akademie věd ČR za dosažené vynikající výsledky velkého vědeckého významu v II. Oblasti věd o živé přírodě a chemických věd získal autorský tým Ústavu makromolekulární chemie AV ČR ve složení: RNDr. Petr Štěpánek, DrSc., Mgr. Sergey Filippov, Ph.D., Mgr. Martin Hrubý, Ph.D., Ing. Jan Kučka, Ph.D., Ing. Jiří Pánek, Ph.D. za práci „Nadmolekulární struktury a samouspořádávací procesy polymerů“. V přírodě mají malé i velké molekuly polymerů schopnost se samy uspořádat do objektů velikosti nanosvěta. Vzniklé objekty se nazývají samouspořádané struktury a vyznačují se velmi zajímavými vlastnostmi, danými právě postupem samoorganizace polymerních molekul. Příkladem takových přírodních struktur jsou multienzymové komplexy, ribozomy nebo cytoplazmatická membrána. Tyto systémy mají klíčové vlastnosti závislé právě na samouspořádání a jsou vlastně přírodními nanostroji. Vědci z Oddělení supramolekulárních polymerních systémů Ústavu makromolekulární chemie AV ČR studují chování přírodních molekul a na základě získaných poznatků se jim podařilo připravit umělé polymery obdobných vlastností a chování jako mají polymery přírodní. Takto připravené samouspořádané struktury jsou vhodné pro medicínské použití, například při léčbě nádorů či diagnostice chorob a jejich výhodou je, že se dají upravovat „na míru“ potřebnému účelu použití. Tým vedený RNDr. Petrem Štěpánkem, DrSc., se systematicky a dlouhodobě zabývá fyzikálněchemickým studiem procesů samouspořádání polymerních systémů a jejich aplikací pro řízenou přípravu nanočásticových systémů. Výzkum členů týmu vedl k podrobnému pochopení rozdílů při vzniku nanočástic v závislosti na typu změny vnějšího prostředí, především změny teploty, pH, termodynamické kvality rozpouštědla, iontové síly či přítomnosti povrchově aktivní látky. Na základě těchto poznatků vědci též vyvinuli postupy, jak velmi přesně řídit velikost částic v potřebném rozmezí pro biologické aplikace.Zároveň se jim podařilo optimalizovat procesy přípravy tak, aby vznikaly částice s úzkou distribucí rozměrů. Pro

terapeutické účely byly nanočástice testovány s protinádorovými léčivy, která mohou na rozdíl od jiných „drug delivery“ systémů být zabudována i nekovalentně a výsledný produkt tak je novou formulací již existujícího léčiva a nikoliv novou molekulou (novým léčivem), což velmi podstatně zkracuje schvalovací proces při zachování všech výhod tohoto přístupu. »»www.avcr.cz

MEDAILE PRO CHEMIKA PROF. VLASTISLAVA NOVOTNÉHO Praha, 17.9.2015 – Na návrh Vědecké rady AV ČR udělil předseda Akademie věd V ČR prof. Jiří Drahoš čestnou oborovou medaili Jaroslava Heyrovského za zásluhy v chemických vědách prof. RNDr. Vlastislavu Novotnému, DrSc., dr. h. c. mult., jednomu z nejcitovanějších chemiků světa. Čestné oborové medaile se udělují českým i zahraničním vědcům za zvláště záslužnou činnost a vynikající výsledky vědecké práce v jednotlivých vědních oborech. Prof. RNDr. Miloš Vlastislav Novotný, DrSc., je uznávaným vědcem českého původu, který se během své kariéry postupně věnoval biochemii, později pak kapilární plynové chromatografii a kombinaci hmotnostní spektrometrie s plynovou chromatografií. Prof. Novotný je absolventem Přírodovědecké fakulty Univerzity J. E. Purkyně. V roce 1965 nastoupil na studijní pobyt do Ústavu analytické chemie ČSAV (dále ÚIACH) v Brně. Zde se začal věnovat kapilární plynové chromatografii a jeho práce publikované v roce 1968 patřily mezi nejcitovanější publikace ÚIACH v té době. V lednu 1968 odjel na studijní stáž do Švédska, aniž by tušil, že tento odchod bude pro něj trvalý. Tam později získal místo výzkumného asistenta na Univerzitě Stockholm v Laboratoři hmotnostní spektrometrie. Koncem roku 1969 odešel na postdoktorální pobyt na University of Houston v Texasu. Pod vedením A. Zlatkise pokračoval ve vývoji nových kapilárních kolon a metod hmotnostní spektrometrie s cílem použít je při biochemických analýzách. V roce 1971 začal působit na Indiana University, kde se stal docentem (1974) a následně profesorem chemie (1978). V průběhu 70. let založil na této univerzitě středisko výzkumu v oblasti separačních metod, kapalinové chromatografie a bioanalytické chemie. Jeho skupina se stala známou v oblasti miniaturizace analytických přístrojů, v této oblasti spolupracoval s NASA při vývoji zařízení ověřujícího existenci života na Marsu. Za svou činnost získal četná uznání, pozvání na konference i množství medailí, řádů, cen a čestných doktorátů. Je autorem více než 500 vědeckých publikací, jeho h-index je 56. Je jedním z nejvíce citovaných vědců českého původu. Jeho laboratoří prošlo mnoho (od roku 1985 více než 20) českých studentů a stážistů (např. doc. RNDr. Michal Roth, CSc., RNDr. Josef Chmelík, CSc., ÚIACH, prof. RNDr. Zdeněk Glatz, CSc., PřF MU Brno, doc. RNDr. Ivan Jelínek, CSc., PřF UK Praha). Od listopadu 2013 je na částečný úvazek zaměstnán v RECAMO (Regional Centre for Applied Molecular Oncology – Masarykův onkologický ústav v Brně).


Monitor věda.indd 55

V České republice často přednáší, od r. 2004 je čestným členem Učené společnosti ČR. »»www.avcr.cz, [email protected]

PROFESOR JANDERA Z UNIVERZITY PARDUBICE BYL OCENĚN V SENÁTU Pardubice 29.10.2015 – Mezi 17 oceněnými osobnostmi z oblasti vědy, kultury a veřejného života, které obdržely při příležitosti Dne české státnosti ve Valdštejnském paláci Stříbrné pamětní medaile Senátu Parlamentu České republiky, byl i akademik Univerzity Pardubice profesor Ing. Pavel Jandera, DrSc. z Fakulty chemicko-technologické a její katedry analytické chemie. Medaile oceněným předal předseda Senátu Milan Štěch. Stříbrné pamětní medaile Senátu se udělují od roku 2007 významným osobnostem z řad vědců, umělců, sportovců a dalších veřejných činitelů, kteří vynikají ve svých oborech nebo svými zvláštními činy či schopnostmi. Profesor Ing. Pavel Jandera, DrSc., patří ke světové špičce v oblasti analytické chemie. V oblasti kapalinové chromatografie pracuje již čtyřicet pět let. Prestižním časopisem The Analytical Scientist byl v roce 2013 zařazen mezi sto nejvlivnějších vědců v tomto oboru. V české vědecké společnosti se jeho jméno vloni „objevilo“ mezi desítkou nominovaných na cenu Česká hlava 2014. Jeho práci a přínos pro vědu ocenili i zahraniční experti, když mu letos udělili Martinovu medaili, nejvyšší mezinárodní ocenění, jakého lze v oblasti chromatografie dosáhnout. Ve vědecké práci, na Katedře analytické chemie Fakulty chemicko-technologické Univerzity Pardubice, se prof. Jandera zabývá především vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií, kterou lze např. využít pro odhalování některých typů rakoviny. Prof. Jandera vypracoval společně s prof. Churáčkem ucelenou teorii chromatografie s programovou elucí. Ve spolupráci s americkými vědci se podílel na vývoji nové metody hodnocení a charakterizace vlastností kolon pro kapalinovou chromatografii. Je nositelem Medaile Polské chemické společnosti, Medaile Jaroslava Janáka nebo též medaile Středoevropské skupiny pro separační vědy. V letech 2005–2014 publikoval 96 odborných vědeckých textů, jeho citace se objevily celkem v 1925 vědeckých textech, přiřazen je mu h-index s číslem 27, čímž se trvale řadí mezi nejúspěšnější vědce Univerzity Pardubice. »»www.senat.cz/cinnost/pametni_medaile/

Více aktuálních informací z vědy, výzkumu a chemického průmyslu najdete na www.chemagazin.cz

55

26.11.2015 16:40:17

VELETRHY A KONFERENCE

PARDUBICE – MĚSTO CHEMIE Pardubice, 9. října 2015 – Společnost Synthesia, a.s. se stala první říjnovou středu hrdým hostitelem konference s názvem „Pardubice – město chemie“. Na ní v kongresovém centru ATRIA Pardubice diskutovaly o směřování chemie v regionu špičky z pardubického byznysu, vzdělávání i státní správy.

budoucnosti hlavně kvalitním vzděláváním nových absolventů, u kterých bude výuka co nejvíce spjata s praxí a realitou potřeb zaměstnavatelů. Jako další klíčové faktory pak byly zmíněny automatizace výroby, aplikace nových technologií a důraz na výzkum a vývoj.

Uspořádáním této významné konference si dala naše společnost za úkol připravit příjemnou a tvůrčí atmosféru pro zhodnocení aktuální situace v chemickém průmyslu našeho regionu a přípravu řešení nových výzev a hrozeb, které před ním nyní a v blízké budoucnosti stojí. Bylo pro nás tedy velkou ctí, že na setkání přijaly pozvání takové osobnosti regionu, jako primátor města či představitelé úřadu práce, akademické obce zastoupené rektorem univerzity či ředitelem místní průmyslové školy chemické. K daným tématům se vyjádřilo také šest generálních ředitelů významných pardubických chemických firem.

Na jeho slova navázal rektor Univerzity Pardubice Miroslav Ludwig, který vyzdvihl velké úspěchy absolventů právě Fakulty chemicko-technologické, a přislíbil další rozvoj společných projektů i přípravu chemických odborníků „na klíč“. Poté ředitelka odboru zaměstnanosti Úřadu práce Pardubického kraje předložila čísla z reality dnešních dnů. Ta není ideální – malý zájem o technické obory, málo specialistů na trhu a rekordně nízká nezaměstnanost, lehce převyšující 4 %. Následovala ovšem celá škála možných řešení, od vládní podpory absolventských pozic, přes rekvalifikační kurzy až po exkurze uchazečů v chemických provozech.

Úvodního slova se zhostil Martin Charvát, primátor města Pardubice, který vyjádřil chemickému vzdělávání a zaměstnanosti v regionálních průmyslových firmách svou velkou podporu. Po jeho slovech se ujal mikrofonu generální ředitel Synthesia Josef Liška, který po krátkém představení společnosti definoval kroky k úspěšné

Dále vystoupili čelní představitelé pardubického chemického průmyslu: Josef Tichý – Explosia, Karel Novák – VÚOS, Jindřich Bartoníček – Paramo, Petr Zelenka – Radka a Jan Hyršl – SYNPO. Pokud shrneme pozitivní postřehy z jejich vystoupení, pak se jednalo hlavně o férový přístup k chemické výrobě ze strany státní správy

9.–10.3.2016 hotel Pyramida, Praha

42. konference s mezinárodní účastí PROJEKTOVÁNÍ A PROVOZ POVRCHOVÝCH ÚPRAV

požární opatření, • exkurzi na pracoviště povrchových úprav, • diskuzní večer.

Konference se koná ve spolupráci s Asociací korozních inženýrů, Českou společností povrchových úprav, Asociací českých a slovenských zinkoven, Asociací výrobců nátěrových hmot ČR, zástupci ministerstev, vědecko-výzkumných ústavů, vysokých škol, státních orgánů, českých i zahraničních firem, mediálních partnerů.

PBP World Meeting – 10th World Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology – ResearchPharm® Exhibition

Připravovaný program zahrnuje: • aktuální změny v platné legislativě, • informace o progresivních technologiích a zařízeních povrchových úprav, nátěrových hmotách, žárovém zinkování, galvanickém pokovování a dalších, • problematiku provozu, emisí, odpadních vod, hygienu a bezpečnost práce, proti-

56

Semin6-15.indd 56

Závěr patřil Janu Ptáčkovi, řediteli Střední průmyslové školy chemické v Pardubicích, který přítomné potěšil mimo jiné informací, že počet zájemců o studium na této škole se za posledních pět let zdvojnásobil. Zároveň vyzdvihl význam úspěšné motivační soutěže „Hledáme nejlepšího mladého chemika“, které se v minulém roce jen v pardubickém regionu zúčastnilo neuvěřitelných šest tisíc žáků základních škol. Po prezentacích následovalo mnoho neformálních diskuzí a jednání mezi všemi účastníky konference. Díky nápadům a vizím, které zde zazněly, si z tohoto setkání všichni odnášejí velmi pozitivní pocit a víru, že se je podaří prosadit do reálného života co nejdříve, což byl základní cíl, který si konference „Pardubice – město chemie“ vytýčila. Luboš KOPECKÝ, PR Synthesia, [email protected]

towards the clinic.

• projektování povrchových úprav,

Konference je určena pro široký okruh posluchačů – majitele lakoven, galvanizoven a zinkoven, konstruktéry, projektanty, technology povrchových úprav, pracovníky marketinku, výrobce, distributory a uživatele nátěrových hmot, bezpečnostní techniky, pracovníky státních správy, odborných škol a další.

Konferenci uděluje záštitu Hospodářská komora ČR.

a kontrolních orgánů, které si musí uvědomit důležitost chemie v současné společnosti a nepodlehnout módní vlně fóbie z této vědy. Obavy naopak panují hlavně z již zmíněného nízkého počtu mladých odborníků, kteří by měli v budoucnu zvládnout nové a náročnější technologie. Zde se začala rýsovat možná řešení v podobě dlouhodobých stáží a absolventských programů.

Informace a rezervace: PhDr. Zdeňka Jelínková, CSc. – PPK T/F: 224 256 668 [email protected] www.jelinkovazdenka.euweb.cz

Na programu je pochopitelně mnoho dalších důležitých témat. ResearchPharm je integrální součást konference PBP a budou na ní představeny nejmodernější technologické trendy R&D v oborech: • Laboratory Equipment • Small Scale Equipment

4.–7.4.2016 Scottish Exhibition + Conference Centre, Glasgow

PBP konference slibuje m.j. i očekávané přednášky na téma: • Continuous manufacturing • Printing medicines: Challenges and future opportunities • Overview presentation on ophthalmic drug delivery, nebo plenární přednášky: • Gastro-intestinal behavior of low solubility compounds • Nanomedicine: Translation of nanotechnologies from concept to clinical trials • Gene therapy for cystic fibrosis: moving

• Analytical Instruments • API – Active Pharmaceutical Ingredients • Excipients • Services for the Pharmaceutical Industry • CRO – Contract Research Organisations • Recruiting. I: www.worldmeeting.org 19.–21.4.2016 Nürnberg Messe Zentrum, Norimberk

POWTECH 2016 – Kongres PARTEC – Fórum inovací pro technologie práškových materiálů Tradiční veletrh práškových technologií POWTECH, který se pořádá každým půldruhým rokem, je určen odborníkům z farmacie, chemie, potravinářství, sklářství, výroby stavebních materiálů a papíru. Nabídne jim poslední technické a technologické novinky pro zpracování pevných


26.11.2015 16:41:24


látek. Při této příležitosti bude probíhat Mezinárodní kongres o technologii částic pevných látek PARTEC, kde se bude hovořit o posledních výzkumech a aplikacích pevných částic. Profil veletrhu: Třídění pevných částic, zmenšování velikosti, distribuční analýzy, míchání, doprava, dávkování a kompaktace, granulace a další úpravárenské technologie, jako dynamická odvětví zpracovatelských procesů. O výstavu a konferenci je již nyní velký zájem a podle vyjádření organizátora je obsazeno již 80 % výstavní plochy. „Vysoký počet objednané plochy opět vyjadřuje mimořádný význam veletrhu POWTECH pro technologické procesy zpracování pevných látek a zacházení s nimi na celém světě,“ uvedla projektová manažerka organizátora NürnbergMesse, Beate Fischer. Veletrh v šesti halách Organizátoři přikročili k novému uspořádání veletrhu tak, aby se maximálně využila doba návštěvy. Do výstavní plochy byl zakomponován segment TechnoPharm tak, aby vystavovatelé, kteří zasahují i do tohoto sektoru, měli své exponáty soustředěny na jednom stánku. Tento segment je soustředěn především do jižního křídla návštěvního okruhu zahrnujícího šest výstavních hal. Jižní křídlo je přímo napojeno na vstupní portál norimberského výstaviště NCC Ost, kde je zároveň kongresový sál. U stanice metra bude otevřena druhá brána Mitte. Dispozici výstavy lze vidět na: www.powtech.de/floorplan. Expertní fóra ve výstavních halách Ve výstavních halách 2,3, a 3A budou v průběhu veletrhu probíhat tři odborná fóra na průmyslově praktická témata. Sponzor veletrhu POWTECH, Sdružení výrobců farmaceutických technologií APV, uspořádá v hale 3A speciální prohlídkový prostor

Pharma Manufacturing Excellence, který umožní seznámení se špičkovou výrobní technikou pro výrobu léčiv. Budou se zde také střídat vystavovatelé nejmodernějších 2D a 3D technologií v rámci sekce “Printing Solutions in Pharma”. V hale 3 se bude nacházet Technology Forum, kde se budou představovat aplikovatelná řešení pro potravinářskou, chemickou a farmaceutickou výrobu, která vznikla na půdě univerzit nebo výzkumných institucí v rámci aplikačních výstupů. Specialitou výstavní haly 2 bude expertní fórum zabývající se protivýbuchovou ochranou a dalšími rizikovými uzly práškových technologií. POWTECH nabízí celé spektrum technologií výroby potravin nebo krmiv, mletí a míchání, granulaci nebo aglomeraci, vážení a dávkovacích zařízení. Současný trend průmyslu je integrace podnikového energetického managementu do systémů řízení procesů. Energetické štítky spotřeby pro domácnost nebo auta jsou už samozřejmostí. Také při nákupu potravin by měli kupující obdržet lepší základ pro rozhodování a především přesných informací o potřebě energie pro výrobu produktu. Tak například VDMA se snaží definovat MES (Manufacturing Execution Systém) jako značku pro hospodárnou spotřebu energie. Cílem je zjistit skutečnou spotřebu energie a v konečném důsledku ji snížit. V potravinářské produkci lze najít prostor pro hospodaření s energií v souladu s ekonomikou a zodpovědností vůči prostředí, spotřebiteli a legislativě. Koneckonců se systematické hospodaření s energiemi uplatňuje v souladu s celosvětově platnými normami ISO, v nichž je úspora energie již zakotvena, ale lze jej také chápat jako marketingový nástroj s výraznou konkurenční výhodou. Pak přichází možnost částečného osvobození od přirážky na obnovitelné energie či energetických daní.

Novinky v oboru technologií pevných částic Během veletrhu bude probíhat na norimberském výstavišti i Mezinárodní kongres technologií pevných částic PARTEC. Na něm se setkají přední odborníci a vědci s odborníky z tohoto odvětví a budou prezentovat své výsledky a zkušenosti s nejmodernějšími procesy dělení, aglomerace a povrchové úpravě pevných částic, stejně jako měřicí metody a s jejich širokým uplatněním. Chemie Prognostická studie „Die deutsche chemische Industrie 2030“ německého Sdužení chemických producentů (VCI) definuje téma efektivity surovin zejména v souvislosti s intenzivní konkurencí a stoupajícími náklady na suroviny a energie jako důležitý impulz pro nadcházející investice do německého chemického průmyslu. Poté, co již bylo do značné míry optimalizováno mnoho výrob, cesta ke zvýšení efektivity povede především prostřednictvím změny sortimentu výrobků. Tudíž VCI předpovídá potřebu zvyšování výroby vysoce hodnotných chemikálií. Míchací technika je klíčová technologie chemického průmyslu. Homogenizační operace následující po syntézních stupních se stávají stále víc úspěšným finalizačním výsledkem chemických produktů. Chemikálie bývají opakovaně zpracovávány mícháním v práškovém stavu k dosažení jejich vysoké homogenity, účinnosti a lepšího plnění a snadnějšího balení. Aktivní složky směsí (blendů) jsou finalizovány převážně ve vysoké čistotě a velmi vysoké koncentraci, což vyžaduje jistě zvláštní nároky na použití míchacích technologií a strojů. Pořádá: NürnbergMesse Kontakt: PROveletrhy s.r.o., Praha, Ing. Naděžda Lichte – Oficiální zastoupení NürnbergMesse pro Českou republiku E: [email protected] I: www.proveletrhy.cz, www.powtech.de

25. - 27. 4. 2016 | Mikulov

www.icct.cz

4.thmezinárodní chemicko-technologická konference 4 International Conference on Chemical Technology SEKRETARIÁT KONFERENCE AMCA, spol. s r.o. | Academic and Medical Conference Agency Vyšehradská 320/49 | 128 00 Praha 2 | [email protected] | www.icct.cz | www.amca.cz


Semin6-15.indd 57

57

26.11.2015 16:41:24


68. sjezd českých a slovenských chemických společností 4. – 7. září 2016, Novotného lávka 5, Praha 1

http://www.csch.cz

16.–17.5.2016 Konferenční centrum Floret, Průhonice

REACH Konference

Konference REACH se v roce 2016 zaměří na prosazování nařízení REACH, včetně bloku praktických prezentací z oblasti automobilového průmyslu, na vystoupení distributorů chemických látek a směsí, následných uživatelů a na nástroje pro plnění požadavků REACH a CLP. Zmíní i výsledky jednání výměnné sítě expozičních scénářů (ENES). REACH Konference 2016 je organizována již podeváté a propojuje lektory s účastníky z různých sektorů průmyslu, úřadů a odborníky z dalších zainteresovaných stran. Zaměří se zejména na implementaci REACH a CLP i v malých a středních podnicích (MSP). Jazykem konference bude angličtina. Během REACH Konference bude zabezpečen simultánní překlad z angličtiny do češtiny + polštiny a maďarštiny (v případě potřeby). Termín pro přihlášení na REACH konferenci je 10. května 2016. Prostor je omezený, účast bude umožněna podle data přihlášení. 18.5. se uskuteční školení na MeCLAS, což je nástroj pro klasifikaci kovových směsí a slitin podle nařízení CLP a GHS. Pro účastníky REACH konference je účast na školení MeClas bez poplatku, je však nutná registrace! Platí pro účastníky obou dnů konference (včetně brzké registrace) + účastníci konference mají přednost při registraci na MeClas školení.

58

Semin6-15.indd 58

Pořádá: Ekotoxikologické centrum CZ s.r.o. Tel: 513 035 888 E: [email protected] I: www.reachconference.eu; www.ekotox.eu

prostřednictvím spolupráce bioinženýrů z celého světa. Setkání dává možnost zapojit některé opravdu talentované vědce z oblasti bioinženýrství s odborníky z průmyslu.“

1.–2.6.2016 Výstaviště Basilej, Švýcarsko

Konference se bude věnovat klíčovým tématům, jakými jsou bioenergetika a biopaliva, buněčné a tkáňové inženýrství, mořská biotechnologie, nanobiotechnologie a bioekonomika.

CHEMSPEC EUROPE – 31 st internatoional exhibition for fine and speciality chemicals Výstava je proslulá svou specializovanou nomenklaturou zaměřenou na trh čistých chemikálií a chemických specialit. Návštěvníci, kteří se výstavy CHEMSPEC Europe účastní, jsou specialisty v oboru, manažery výzkumu a vývoje, zadávání zakázek a chemici z celé řady průmyslových odvětví. 11.–14.9.2016 Royal Dublin Society (RDS), Dublin, Irsko

ESBES – European Symposium of Biochemical Engineering Sciences Na evropské setkání odborníků na bioinženýrství již přicházejí první přihlášky a očekává se účast předních vědců, průmyslníků a odborníků. Svou přednášku potvrdili šéf společnosti Fujifilm Diosynth Biotechnologies Steve Bagshaw a professor Massimo Morbidelli ze Swiss Federal Institute of Technology v Zurichu. Pan Bagshaw promluví o velké důležitosti biochemického inženýrství pro průmysl a prof. Morbidelli pohovoří o možnostech výtěžnosti a úspoře nákladů v biofarmaceutickém oboru. Předsedající konference Dr. Jarka Glassey uvedla, že tato konference otevírá příležitost k novým pohledům na rychle rostoucí oblast: „ESBES spojí vědu s průmyslem

Pořádá: European Society of Biochemical Engineering Sciences (ESBES) a IChemE I: www.esbes2016.org 3.–6.10.2016 Hotel DUO, Praha 9

16th International Nutrition & Diagnostics Conference – INDC 2016 Pořádá: Radanal, s.r.o., Pardubice I: www.indc.cz 11.–13.10.2016 Kolín nad Rýnem, Německo

FILTECH 2016

Největší světový veletrh na téma filtrace se bude konat poprvé v novém místě konání – Koelnmesse. Očekává se na 350 vystvavovatelů. Současně konaná FILTECH Conference s více než 200 prezentacemi nabídne reprezentativní průřez současných výsledků výzkumu, globálního vývoje a nových přístupů ve filtračních a separačních technologiích. Naši čtenáři mohou při registraci na veletrh využít promo kód „CHEMAGAZÍN“ a obdrží zdarma 3-denní volnou vstupenku. Registrace je dostupná na stránce http:// www.filtech.de/ticket.jsp. www.filtech.de


26.11.2015 16:41:24

10. mezinárodní veletrh obráběcích a tvářecích strojů

58. mezinárodní strojírenský veletrh

MSV 2016

IMT 2016

MSV 2016

3.–7. 10. 2016 Brno – Výstaviště

Hezké Vánoce a úspěšný nový rok 2016 vám přeje TRIGON PLUS

Recommend Documents