Carbono orgánico total (COT; o también TOC por su nombre en inglés, Total Organic Carbon) es la cantidad de carbono que se encuentra formando parte de sustancias químicas orgánicas presentes en una muestra. Se utiliza frecuentemente como un indicador no específico de calidad del agua o del grado de limpieza de los equipos de fabricación de medicamentos. Se mide por la cantidad de dióxido de carbono que se genera al oxidar la materia orgánica en condiciones especiales.Glosario ambiental Definición de Carbono Orgánico Total (COT) La medida del Carbono Orgánico Total está considerado como el mejor medio para evaluar el contenido orgánico de una muestra de agua, ya que en la actualidad existen métodos de análisis que en su mayor parte garantizan la oxidación total de la materia orgánica para producir dióxido de carbono, mucho más preciso que otros métodos de estimación de la materia orgánica basados en la demanda de oxígeno (Demanda Química de Oxígeno, DQO y Demanda Biológica de Oxígeno, DBO).
El análisis más conocido del COT mide tanto el carbono total (CT) presente como el carbono inorgánico total (CIT), ya que restando el Carbono total del Carbono inorgánico total obtenemos el Carbono orgánico total.
o bien, con la terminología inglesa
Otra variante común de los análisis de COT implica eliminar la fracción de carbono inorgánico en primer lugar y luego medir el Carbono restante que será el COT. Esta metodología implica purgar una muestra acidificada con aire libre de carbono o con nitrógeno antes de la medida, y así el valor obtenido se puede denominar carbono orgánico no purgable (CONP, o NPCO en inglés). Method 5310A. También disponible por suscripción en www.standardmethods.org
Análisis de Carbono Orgánico Total (COT) Ámbito medioambiental Desde comienzo de los años 1970, se ha reconocido la medida del COT como una técnica analítica para comprobar la calidad del agua durante el proceso de purificación del agua de bebida. El COT en las fuentes de agua procede de la materia orgánica natural en descomposición y de compuestos químicos sintéticos. Ácido húmico, ácido fúlvico, aminas, y urea son algunos tipos de materia orgánica natural, MON (o bien NOM en inglés). Detergentes, pesticidas, fertilizantes, herbicidas, compuestos químicos industriales, y compuestos orgánicos clorados son ejemplos de fuentes sintéticas.Hendricks, David W., Water Treatment Unit Processes: Physical and Chemical. Boca Raton, FL: CRC Press, 2007, pp 44–62 Antes de que el agua de manantial sea tratada mediante desinfección, el COT proporciona un papel importante en la cuantificación de la cantidad de materia orgánica natural en el agua de manantial. En las instalaciones de tratamiento de aguas, el agua sin tratar está expuesta a reacciones con desinfectantes que contienen cloruros. Cuando el agua sin tratar está clorada, los compuestos de cloro activo (Cl2, HOCl, ClO-) reaccionan con la materia orgánica natural para producir subproductos clorados de la desinfección (DBPs en inglés).Procesos de potabilización del agua e influencia del tratamiento de ozonización. Francisco Javier Rodríguez Vidal. Ediciones Díez de Santos. Madrid, 2003 Muchos investigadores han determinado que niveles más altos de MON en el agua a tratar en el proceso de desinfección incrementará la cantidad de carcinógenos en el agua de bebida procesada. Tras la aplicación de la Ley por el Agua de Bebida Segura (Safe Drinking Water Act) en Estados Unidos, el análisis de COT emergió como una alternativa rápida y segura a las clásicas pero lentas pruebas de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y de la demanda química de oxígeno (DQO), tradicionalmente reservados para evaluar la contaminación potencial de las aguas residuales. Actualmente, las agencias medioambientales regulan los límites superiores de DBPs en el agua de bebida. Métodos analíticos recientemente publicados, tales como el método 415.3 o la regla D/DBP de la United States Environmental Protection Agency (EPA) regulan la cantidad de MON para prevenir la formación de DBP en las aguas tratadas.
Ámbito farmacéutico La introducción de materia orgánica en los sistemas de abastecimiento no solamente ocurre a partir de los organismos vivos y de la materia en descomposición de las aguas de manantial, sino también de los materiales de los sistemas de purificación de agua y de distribución. Puede existir una relación entre endotoxinas, crecimiento microbiano, y el desarrollo de biopelículas en las paredes de las tuberías y crecimiento de biopelículas en los sistemas de distribución farmacéutica. Se cree que existe una correlación entre concentraciones de COT y niveles de endotoxina y microbios. El mantenimiento de bajos niveles de COT ayuda a controlar los niveles de endotoxinas y microbios y así prevenir el desarrollo de biopelículas. La United States Pharmacopoeia (USP), European Pharmacopoeia (EP) y la Japanese Pharmacopoeia (JP) consideran el COT como una prueba requerida para el agua purificada y para el agua para inyectables. Por esta razón, el COT ha sido aceptado como un atributo de control de procesos en la industria de la biotecnología para monitorizar el rendimiento de las unidades operativas como las de los sistemas de purificación y distribución. Como muchas de estas operaciones de biotecnología incluyen la preparación de medicinas, la U.S. Food and Drug Administration (FDA) y los organismos similares en otros países (Agencia europea de medicamentos, Agencia española de medicamentos y productos sanitarios) promulgan numerosas regulaciones para proteger la salud del público y asegurar que se mantiene la calidad del producto. Para asegurar que no hay contaminación cruzada entre las líneas de producción de diferentes drogas, se realizan varios procedimientos de limpieza. Los niveles de concentración de COT se usan para rastrear el éxito de esos procesos de validación de limpieza, especialmente los llamados de limpieza en el sitio o clean-in-place (CIP).
Ámbito de microelectrónica Durante el proceso de fabricación de semiconductores, aparece cierto nivel de contaminación orgánica procedente de múltiples fuentes. Los residuos orgánicos que quedan en el dispositivo pueden tener un efecto negativo en la calidad de la placa y afectar a su rendimiento. Los residuos orgánicos también pueden ser una fuente de alimento para las bacterias en el sistema de agua ultrapura. Debido a los requisitos de calidad del agua para semiconductores, el COT debe controlarse al nivel de partes por billón. Por ello, los analizadores de COT, en continuo y en línea, desempeñan un papel importante en la supervisión de los sistemas de agua para ayudar a proporcionar una indicación fiable de la salud del sistema.
Medida del COT 450px|thumb|Figura 1: Fracciones del Carbono Total (CT), mostrando los componentes del Carbono Orgánico Total (COT) Para comprender mejor el análisis, es necesario conocer algunos términos básicos y su relación con los demás (Figura 1)
Carbono Total (CT); en inglés, Total Carbon-TC. Todo el carbono contenido en la muestra, tanto inorgánico como orgánico. Carbono Inorgánico Total (CIT); en inglés, Total Inorganic Carbon-TIC. A menudo llamado Carbono inorgánico (CI) (en inglés IC-Inorganic carbon), carbonato, bicarbonato, y dióxido de carbono disuelto (CO2). Es el material derivado de fuentes no ligadas a los seres vivos. Carbono Orgánico Total (COT); en inglés, Total Organic Carbon-TOC. Es el material derivado de la descomposición de las plantas, el crecimiento bacteriano y las actividades metabólicas de los organismos vivos, o de compuestos químicos. Carbono Orgánico No Purgable (CONP); en inglés, Non-Purgeable Organic Carbon (NPOC). Habitualmente denominado COT (TOC en inglés); es el carbono orgánico remanente en una muestra acidificada con ácido fosfórico después de purgar la muestra con gas. Carbono Orgánico Purgable (volátil) (COP); en inglés, Purgeable Organic Carbon (POC). Es el carbono orgánico que ha sido eliminado de una muestra neutra o acidificada, tras el purgado con un gas inerte. Esta fracción contiene los compuestos llamados Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) y habitualmente determinados por cromatografía de gases, método de purga y trampa. Carbono Orgánico Disuelto (COD); en inglés, Dissolved Organic Carbon (DOC). Es el carbono orgánico remanente en una muestra después de filtrar la misma, típicamente usando un filtro de 0,45 micrómetros. Carbono Orgánico Suspendido, también llamado particulado y en inglés, Particulate Organic Carbon (PtOC). Es el carbono orgánico en forma de partículas suspendidas demasiado grandes para atravesar el filtro.. Ya que todos los analizadores de COT, solo miden actualmente el CT, el análisis de COT requiere siempre una cuantificación del carbono inorgánico que siempre está presente. Una técnica de análisis requiere un proceso en dos etapas denominado CT-CIT. Se mide la cantidad de carbono inorgánico (CIT) generado a partir de una muestra alícuota acidificada, y también la cantidad de Carbono Total (CT) presente en la muestra. El COT se calcula por diferencia de dichos valores.
Otra variante emplea la acidificación de la muestra para generar dióxido de carbono y medirlo como carbono inorgánico (CIT), luego se oxida y se mide el Carbono Orgánico No Purgable (CONP). Este método se llama CIT-CONP (en inglés, análisis TIC-NPOC.
Un método más común mide directamente el COT de la muestra por acidificación de la misma hasta un pH de 2 o menor para liberar el carbono inorgánico gaseoso directamente al aire pues en este caso no se mide. El gas CO2 remanente no purgable (CONP) contenido en la parte alícuota de líquido es luego oxidado, liberando los gases que ahora sí son enviados al detector para su medida.
Si el análisis de COT se hace por alguno de los métodos CT-CIT o CIT-CONP, puede descomponerse en tres fases: Acidificación Oxidación Detección y Cuantificación
La primera etapa es la acidificación de la muestra para la eliminación de los gases del CIT y del Carbono orgánico purgable. La liberación de estos gases en eldetector para su medida o eliminados al aire depende del tipo de análisis que sea de interés, ya sea el más antiguo CT-CIT o el más reciente COT (CONP).
Acidificación La eliminación y descarga de los gases del CIT y del Carbono orgánico purgable a partir de la muestra líquida por acidificación y borboteo se lleva a cabo del siguiente modo.
Oxidación Y sus elementos por el cual se produce son : Combustión a alta temperatura Oxidación catalítica a alta temperatura (HTCO, High Temperature Catalytic Oxidation) Fotooxidacion por sí sola Oxidación termoquímica Oxidación fotoquímica Oxidación electrolítica
Combustión a alta temperatura Las muestras preparadas sufren una combustión a 1, C en atmósfera rica en oxígeno. Todo el carbono presente se convierte en dióxido de carbono, fluye a través de tubos lavadores de gas o scrubbers para eliminar las interferencias tales como cloro gaseoso, y vapor de agua, y el dióxido de carbono se mide ya sea por absorción sobre una base fuerte que luego es pesada, o usando un detector Infrarrojo.http://www.tdi-bi.com/analytical_services/environmental/NOAA_methods/TOC.pdf La mayoría de los analizadores modernos emplean Infrarrojo No-dispersivo (en inglés, Non-Dispersive InfraRed-NDIR) para detección del dióxido de carbono. En comparación con la oxidación catalítica convencional a alta temperatura, la gran ventaja del método de combustión es el alto poder de oxidación que se consigue, por lo que los catalizadores promotores de la oxidación son superfluos.
Oxidación catalítica a alta temperatura