Método de fluorescência ultravioleta (UVF)

Índice

Princípio de medição

O que é o método de fluorescência ultravioleta (UVF)?

A fluorescência é a emissão de luz por uma substância que absorveu energia luminosa, como a luz ultravioleta. Quando uma molécula absorve a energia da luz, ela entra em um estado instável de alta energia (estado excitado) e, após emitir luz, retorna ao seu estado de energia original (estado fundamental).

Por exemplo, se o componente medido for dióxido de enxofre (SO₂) no gás da amostra, a irradiação do gás da amostra com radiação ultravioleta de um comprimento de onda específico (190 nm-230 nm) causará fluorescência. Quando as moléculas de SO₂ são irradiadas com radiação UV, elas absorvem a radiação UV e transitam para um estado excitado (SO₂ *) a uma determinada taxa, e o SO₂ * retorna ao estado fundamental emitindo radiação UV com um comprimento de onda maior que o comprimento de onda da radiação UV absorvida. (Equação 1)

Equação 1: Reação de fluorescência (para SO₂)

(1) mostra que o SO₂ absorve a energia hv1 da radiação UV para se tornar um estado excitado, e
(2) mostra que a energia hv2 da radiação UV é emitida quando o SO₂ * no estado excitado retorna ao estado fundamental.

Como a concentração de SO₂ é proporcional à intensidade da fluorescência (240-420 nm) causada pelo SO₂ *, a concentração de SO₂ é medida detectando-se a intensidade da fluorescência.

Este princípio é utilizado para a medição contínua da concentração de dióxido de enxofre (SO₂) em uma amostra de gás.
As seções a seguir descrevem a medição da concentração de SO₂ em uma amostra de gás usando UVF.

Estrutura e princípios de funcionamento de um analisador de gases utilizando UVF

O analisador de gases que utiliza UVF faz fluir uma amostra de gás para uma célula de fluorescência, e a fluorescência UV (Equação 1) causada pela radiação UV e pelo SO₂ na célula de fluorescência é transmitida seletivamente através de um filtro óptico e detectada por um fotodetector para medir a concentração do gás (Figura 1).

Figura 1: Estrutura e princípios de funcionamento de um analisador de gases utilizando UVF

Estrutura e princípio de funcionamento de um analisador de gás dióxido de enxofre (SO₂)

Esta seção explica a construção e os princípios de funcionamento de um analisador de gases que mede continuamente o _SO₂ no ar ambiente.

Um exemplo da estrutura geral do analisador é mostrado na Figura 2. Uma lâmpada de flash de xenônio é usada como fonte de luz UV. Para medir continuamente a concentração de SO₂ com alta precisão, o analisador incorpora vários mecanismos para reduzir os fatores de erro de medição, incluindo um detector para compensar as variações na intensidade da luz da lâmpada de flash de xenônio.

Figura 2: Estrutura e princípio de funcionamento do analisador de gases por fluorescência UV

O princípio de funcionamento é o seguinte.

A amostra de gás é irradiada com luz ultravioleta de um comprimento de onda específico enquanto flui através de uma célula de fluorescência. Dependendo da concentração de SO₂ na amostra de gás, a absorção da luz UV se altera, e a intensidade da luz de fluorescência também se modifica. A fluorescência entra no detector como luz transmitida, selecionada por um filtro óptico, e é detectada por um fotodetector (tubo fotomultiplicador). Esse sinal detectado é processado para calcular a concentração de SO₂, permitindo assim a medição contínua da concentração de SO₂ na amostra de gás.

Redução dos fatores que influenciam a medição (Figura 3)

A medição da concentração de _SO₂ com UVF é influenciada pela baixa intensidade da luz da fonte UV e por hidrocarbonetos aromáticos específicos presentes na amostra de gás. O analisador que utiliza UVF minimiza esses fatores de influência por meio de diversos mecanismos e funções.

Figura 3: Redução dos fatores que influenciam a medição.

Redução da influência de fontes de luz ultravioleta

Para gerar fluorescência suficiente mesmo quando a concentração do gás medido é baixa, utiliza-se uma lâmpada de flash de xenônio de alta luminância como fonte de luz UV. A lâmpada de flash de xenônio emite luz em vários comprimentos de onda; portanto, se a luz incidir diretamente na célula de fluorescência como luz de excitação, a fluorescência de outros gases, além do SO₂, também incidirá no detector, influenciando o valor da medição. Como medida para mitigar essa influência, HORIBA utiliza diversos filtros ópticos reflexivos para selecionar os comprimentos de onda necessários para a luz de excitação. Como a quantidade de luz UV emitida pela lâmpada de flash de xenônio diminui com a exposição prolongada, as variações na intensidade luminosa são medidas com um detector de compensação de intensidade, e a concentração de SO₂ é corrigida de acordo com a variação detectada.

Redução da influência da luz difusa incidente no fotodetector

O design óptico para reduzir a luz espúria na célula fluorescente diminui o ruído na medição de fluorescência. A parede interna da célula fluorescente possui um revestimento especial para reduzir a reflexão da luz de excitação. Essas medidas reduzem a luz espúria incidente no fotodetector. Além disso, o revestimento especial na parede interna da célula fluorescente impede a absorção de _SO₂.

Redução da influência dos componentes gasosos

Hidrocarbonetos aromáticos como tolueno e xileno, que absorvem UV e emitem fluorescência, influenciam a medição de _SO₂. Para reduzir essa influência, esses gases são removidos por uma unidade de remoção de hidrocarbonetos aromáticos antes que o gás da amostra flua para a célula de fluorescência. Além disso, um filtro óptico que transmite seletivamente a fluorescência do _SO₂ é usado para reduzir a influência da fluorescência causada por outros gases.

Comparação com o método de absorção infravermelha não dispersiva (NDIR)

HORIBA utiliza o método de fluorescência ultravioleta (UVF) ou o método de absorção infravermelha não dispersiva (NDIR) como método de medição do analisador para medir SO₂. HORIBA fornece os analisadores ideais para a finalidade de uso e o ambiente operacional, aproveitando as características de cada método. 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 do método de fluorescência ultravioleta e do método de absorção infravermelha não dispersiva (SO₂)

O método ideal é selecionado principalmente com base na faixa de concentração de _SO₂ a ser medida. Por exemplo, ao medir _SO₂ no ar ambiente, utiliza-se um analisador UVF, e ao medir _SO₂ em gases de escape, utiliza-se um analisador NDIR.

Produtos relacionados

O analisador de fluorescência ultravioleta (UVF) é amplamente utilizado para a medição e monitoramento contínuos do dióxido de enxofre (SO₂), um dos poluentes do ar ambiente. Também é utilizado para monitorar o dióxido de enxofre (_SO₂), um poluente em salas limpas de semicondutores.