Método de quimioluminescência

Índice

• O que é o método de quimioluminescência?
• Estrutura e princípios de funcionamento de um analisador de gases utilizando o método de quimiluminescência.
• Estrutura e princípio de funcionamento de um analisador de gases de óxido de nitrogênio (NOx)
• Redução dos fatores que influenciam a medição
• Comparação com o método de absorção infravermelha não dispersiva (NDIR)
• Medição do gás amônia (NH₃)
• Produtos relacionados

A quimioluminescência é um fenômeno no qual moléculas excitadas por uma reação química emitem energia de excitação na forma de luz quando retornam ao seu estado fundamental.

Por exemplo, quando o monóxido de nitrogênio (NO) reage com o ozônio (O₃) e é oxidado, o NO se transforma em dióxido de nitrogênio (NO₂). O NO₂ resultante é promovido a um estado excitado (NO₂) a uma taxa fixa e emite em um comprimento de onda específico quando retorna ao estado fundamental de NO₂. (Equação 1)

Equação 1: Quimioluminescência com uma reação química

Este princípio é utilizado para a medição contínua da concentração de óxidos de nitrogênio (NOx: NO + NO₂), NO, NO₂ e amônia (NH₃) em amostras de gases.

Em um analisador de gases que utiliza o método de quimiluminescência, o gás da amostra e o O₃ fluem para uma célula de reação, e a luz emitida pelo NO₂ *, resultante da reação (Equação 1) entre o NO presente no gás da amostra e o O₃, é transmitida através de um filtro óptico e detectada por um fotodetector para medir a concentração de NO. (Figura 1)

Figura 1: Estrutura e princípio de funcionamento de um analisador de gases que utiliza o método de quimioluminescência.

Esta seção explica os princípios de funcionamento do método de quimiluminescência, com foco no fluxo de reações químicas na célula de reação para medir a concentração de NO em uma amostra de gás, como exemplo.

O gás da amostra e o _O₃ fluem para a célula de reação e são misturados. (Figura 2-1)

Uma parte do componente gasoso na amostra de gás oxidado emite luz de um comprimento de onda específico para cada componente gasoso, correspondente à concentração do gás, conforme a reação química mostrada na Equação 1. (Figura 2-2)
O filtro óptico seleciona a luz por quimiluminescência do componente medido (NO), que entra no fotodetector e é detectada. A concentração de NO do componente medido no gás da amostra pode ser medida continuamente com o processamento do sinal do fotodetector.

Após a emissão de luz, todo o NO no gás da amostra está em seu estado fundamental NO2 (Figura 2-3)
No método de quimioluminescência, o O₃ deve ser fornecido em concentração suficiente e com vazão adequada para oxidar completamente o NO ao componente a ser medido.

Figuras 2-1, 2-2 e 2-3: Princípio de funcionamento de um analisador de gás NO utilizando o método de quimioluminescência.

HORIBA fornece analisadores de gases que utilizam o método de quimiluminescência para medir continuamente as concentrações de óxidos de nitrogênio (NOx: NO + NO₂), NO, NO₂ e amônia (NH₃), poluentes presentes no ar ambiente e nos gases de escape. Esta seção explica a estrutura e os princípios de funcionamento do analisador, que mede continuamente NOx, NO e NO₂ no ar ambiente.

Estrutura e princípio de funcionamento de um analisador de gases de óxido de nitrogênio (NOx)

A estrutura geral do analisador é mostrada na Figura 3. O NO₂ não emite luz pelo método de quimiluminescência, portanto, o NO₂ no gás da amostra é convertido em NO por meio de um conversor que utiliza um catalisador para a medição. (Figura 3)

Linha A: para medição de NOx Linha B: para medição de NO Linha C: para comparação do ponto zero (*)
A sequência de comutação de linha é A, B, C e assim por diante.

Figura 3: Analisador de NOx utilizando o método de quimioluminescência (analisador de 3 componentes para NOx, NO₂ e NO)

As concentrações de NOx (NO + NO₂) e NO são medidas, respectivamente, alternando-se o fluxo do gás através de um conversor (linha A) e do gás da amostra (linha B) para dentro da célula de reação, através da comutação das linhas com válvulas solenoides. A concentração de NO₂ é calculada a partir da diferença entre essas duas concentrações. (Figura 3, Linhas A e B)

Para garantir medições estáveis e confiáveis a longo prazo, um gás de comparação de ponto zero, isento de NO, é periodicamente introduzido na célula de reação, e o ponto zero é monitorado constantemente para reduzir a deriva do ponto zero (*). O gás de comparação de ponto zero utiliza um gás de exaustão sem NO proveniente da célula do reator, portanto, não há necessidade de equipamentos especializados para a geração desse gás.

Além disso, esses gases são introduzidos na mesma célula de reação e detectados pelo mesmo fotodetector através da função de comutação da válvula solenoide. Isso significa que as variações na sensibilidade da célula de reação e do fotodetector ao longo do tempo, etc., são igualmente refletidas na detecção desses gases, minimizando, em última análise, a diferença na sensibilidade ao NO e ao NOx.

*) A deriva do ponto zero ocorre quando o ponto zero de um analisador se desloca gradualmente em uma direção devido à temperatura, ao envelhecimento ou a outros fatores. O monitoramento com gás de comparação de ponto zero para detectar o desvio do ponto zero pode reduzir a influência da deriva do ponto zero.

O método de quimiluminescência é influenciado pela luminescência de gases diferentes do componente medido e pelo efeito de atenuação causado pela umidade ou pelo dióxido de carbono (CO₂) presente na amostra gasosa. As medidas para reduzir essas influências são as seguintes.

Redução da influência da quimiluminescência por outros componentes gasosos

Quando uma amostra de gás contém componentes gasosos como H₂S que emitem por quimiluminescência com O₃, um filtro óptico é usado para transmitir apenas a luz de comprimento de onda específico da quimiluminescência de NO com O₃, reduzindo assim a influência de outros gases na quimiluminescência. (Figura 1)

A redução da umidade e a influência do resfriamento por CO₂​

Quando há umidade no gás da amostra ou no O₃, o NO₂ excitado na célula de reação colide com a umidade e perde a energia de excitação do NO, um fenômeno chamado quenching, que influencia a medição. Umidade e  CO₂ geralmente causam quenching. Se o gás da amostra ou o O₃ contiver uma grande quantidade de umidade, um desumidificador é usado para removê-la. Se houver uma alta concentração de CO₂ no gás da amostra, o gás da amostra é diluído e introduzido no analisador para reduzir a influência do quenching.

HORIBA utiliza o método de quimiluminescência ou o método de absorção infravermelha não dispersiva (NDIR) como método de medição do analisador para medir NOx, NO e NO₂. HORIBA fornece analisadores otimizados para atender a necessidades e condições operacionais específicas, aproveitando os atributos distintos de cada método analítico. Esta seção resume as características de ambos os métodos. (Tabela 1)

Para obter mais informações sobre absorção infravermelha não dispersiva (NDIR), clique aqui.

Esta tabela compara os nossos produtos.

Tabela 1: Comparação dos métodos de quimiluminescência e absorção infravermelha não dispersiva (NOx, NO e NO₂)

Medição do gás amônia (NH₃)