Princípio de Medição - Análise de Oxigênio/Nitrogênio/Hidrogênio
Para a análise de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio em diferentes materiais, dois princípios de medição são comumente empregados: fusão em gás inerte com absorção no infravermelho e métodos de condutividade térmica. Esses métodos utilizam técnicas diferentes para medir com precisão as concentrações desses gases.
No método de fusão em gás inerte com absorção no infravermelho, uma amostra é fundida com um gás inerte, tipicamente hélio (He) ou argônio (Ar), em um ambiente controlado. A amostra fundida é então submetida à análise de absorção no infravermelho, onde são medidos os comprimentos de onda específicos absorvidos pelas moléculas de gás de interesse.
Por outro lado, o método da condutividade térmica baseia-se no princípio de que gases com diferentes condutividades térmicas terão efeitos distintos na transferência de calor. Medindo as alterações na condutividade térmica causadas pela presença de oxigênio, nitrogênio ou hidrogênio, é possível determinar suas concentrações.
Ambos os métodos fornecem medições confiáveis e precisas para a análise de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio em uma ampla gama de materiais, permitindo a caracterização precisa e o controle de qualidade em diversos setores industriais.
Fluxo de gás
Em ambos os métodos de medição, uma amostra é colocada em um cadinho e submetida a aquecimento elétrico para fundir e gasificar os elementos presentes na amostra. Hélio (He), um gás inerte, é usado como gás de arraste para transportar os elementos gasificados até o detector. Dependendo do elemento a ser medido, a detecção é realizada usando um detector NDIR (Infravermelho Não Dispersivo) ou um detector TCD (Condutividade Térmica).
Ambos os detectores foram cuidadosamente projetados pela HORIBA para garantir precisão analítica e estabilidade excepcionais.
Componente chave 1: Detector
Detector infravermelho não dispersivo (NDIR)
Os principais componentes de um sensor NDIR são uma fonte de luz infravermelha, uma câmara de amostra (célula), um filtro óptico e um detector de infravermelho.
De acordo com a lei de Beer-Lambert, o gás presente na câmara de amostra absorve comprimentos de onda específicos da luz. O detector mede a atenuação da intensidade desses comprimentos de onda, permitindo a determinação da concentração do gás.
Espectro infravermelho do monóxido de carbono (NIST Chemistry WebBook https://webbook.nist.gov/chemistry/)
Um filtro óptico é utilizado para isolar o comprimento de onda específico absorvido pela molécula de gás de interesse. O sinal da fonte passa por um processo de modulação (chopping) para compensar os sinais térmicos de fundo e obter o sinal desejado. Detectores NDIR são empregados para a medição de CO₂, CO, SO₂ e H₂O (quando o H₂ for medido por NDIR).
Para medir o CO₂, são utilizados dois detectores juntamente com dois filtros otimizados, permitindo a medição precisa de concentrações baixas e altas.
HORIBA, pioneira em analisadores NDIR, desenvolveu a tecnologia NDIR como uma de suas principais, oferecendo instrumentos líderes de mercado em diversas áreas. Atualmente, ela é utilizada não apenas em analisadores elementares, mas também em múltiplos instrumentos que abrangem uma ampla gama de aplicações: analisadores de gases de escape de motores, monitores de NOx ambiente e analisadores de gases de combustão.
Para obter informações técnicas mais detalhadas sobre o método de detecção de gases NDIR, consulte O que é o método de absorção infravermelha não dispersiva (NDIR)?
Detector de condutividade térmica (TCD)
Um TCD utiliza um circuito de ponte de Wheatstone.
Um esquema da ponte de Wheatstone.
A célula de referência é preenchida exclusivamente com o gás de arraste, enquanto a célula de amostra sofre uma alteração quando ocorre a combustão e o gás a ser medido é introduzido nela.
O detector de condutividade térmica (TCD) não apresenta seletividade; ele mede exclusivamente as variações de resistividade. Se vários gases forem introduzidos na célula, a medição refletirá a variação combinada da resistividade de todos os gases. Para garantir resultados precisos e confiáveis, qualquer gás que não seja de interesse deve ser cuidadosamente filtrado antes da detecção.
O TCD (Detector de Condutividade Térmica) é comumente empregado para a medição de N₂ e também pode ser utilizado para H₂, particularmente em aplicações que exigem alta sensibilidade.
O princípio de funcionamento baseia-se nas diferentes condutividades térmicas entre o gás analisado e o gás de arraste para alcançar a sensibilidade ideal. No caso da análise de N₂, o gás hélio (He) é necessário, pois sua condutividade térmica difere significativamente da do N₂, enquanto o gás argônio (Ar) possui uma condutividade térmica mais próxima da do N₂. No entanto, para a análise específica de H₂, o gás argônio é empregado, uma vez que a diferença na condutividade térmica entre H₂ e Ar é maior do que com o hélio. O uso do detector de condutividade térmica (TCD) para a detecção de H₂ oferece uma sensibilidade pelo menos 10 vezes maior, tornando-o a técnica preferida para a medição precisa de baixos níveis de H₂ em aplicações de alta exigência.
| Gás | Condutividade térmica (k/10-4 Wm-1 K-1) |
|---|---|
| Ele (como portador) | 1649 |
| N 2 (alvo) | 294 |
| Ar (como portador) | 201 |
| H 2 (alvo) | 2033 |
Linha de analisadores de oxigênio/nitrogênio/hidrogênio HORIBA
- EMGA-Expert (EMGA-30E/20E) - o modelo de alta precisão carro-chefe Permite maior precisão e alcance mais amplo, com opções selecionáveis.
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Produtos
Analisador de Oxigênio/Nitrogênio/Hidrogênio
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Analisador de Hidrogênio Série EMGA
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