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La quimioluminiscencia es un fenómeno en el que las moléculas excitadas por una reacción química emiten energía de excitación en forma de luz cuando regresan a su estado fundamental.
Por ejemplo, cuando el monóxido de nitrógeno (NO) reacciona con el ozono (O3) y se oxida, el NO se transforma en dióxido de nitrógeno (NO2). El NO2 resultante pasa a un estado excitado (NO2) a una velocidad fija y emite a una longitud de onda específica cuando vuelve al estado fundamental del NO2. (Ecuación 1)
Ecuación 1: Quimioluminiscencia con una reacción química
Este principio se utiliza para la medición continua de la concentración de óxidos de nitrógeno (NOx: NO + NO2), NO,NO2 y amoníaco (NH3) en gases de muestra.
En un analizador de gases que utiliza el método de quimioluminiscencia, el gas de muestra y el O3 fluyen hacia una celda de reacción, y la luz emitida por el NO2 * causado por la reacción (Ecuación 1) entre el NO en el gas de muestra y el O3 se transmite a través del filtro óptico se detecta con un fotodetector para medir la concentración de NO. (Figura 1)
Figura 1: Estructura y principio de funcionamiento de un analizador de gases que utiliza el método de quimioluminiscencia.
En esta sección se explican los principios de funcionamiento del método de quimioluminiscencia, centrándose en el flujo de reacciones químicas en la celda de reacción para medir la concentración de NO en el gas de muestra como ejemplo.
El gas de muestra y el O3 fluyen hacia la celda de reacción y se mezclan. (Figura 2-1)
Una parte del componente gaseoso en el gas de muestra oxidado emite luz de una longitud de onda específica para cada componente gaseoso correspondiente a la concentración de gas mediante la reacción química que se muestra en la ecuación 1. (Figura 2-2)
El filtro óptico selecciona la luz mediante la quimioluminiscencia para el componente medido (NO), que entra en el fotodetector y se detecta. La concentración de NO del componente medido en el gas de muestra se puede medir de forma continua con la señal del fotodetector de procesamiento.
Después de emitir luz, todo el NO en el gas de muestra se encuentra en su estado fundamental NO2 (Figura 2-3)
En el método de quimioluminiscencia, el O3 debe suministrarse a una concentración suficiente con un caudal adecuado para oxidar completamente el NO al componente medido.
Figuras 2-1, 2-2 y 2-3 Principio de funcionamiento de un analizador de gas NO utilizando el método de quimioluminiscencia.
HORIBA proporciona analizadores de gases que utilizan el método de quimioluminiscencia para medir continuamente las concentraciones de óxidos de nitrógeno (NOx: NO + NO2), NO, NO2 y amoníaco (NH3), que son contaminantes en el aire ambiente y en los gases de escape. En esta sección se explica la estructura y los principios de funcionamiento del analizador, que mide continuamente NOx, NO, NO2 en el aire ambiente.
La estructura general del analizador se muestra en la Figura 3. El NO2 no emite luz por el método de quimioluminiscencia, por lo que el NO2 en el gas de muestra se convierte en NO a través de un convertidor que utiliza un catalizador para la medición. (Figura 3)
Línea A: para medición de NOx Línea B: para medición de NO Línea C: para comparación de punto cero (*)
La secuencia de cambio de línea es A, B, C, y así sucesivamente.
Figura 3: Analizador de NOx utilizando el método de quimioluminiscencia (analizador de 3 componentes para NOx, NO2 y NO)
Las concentraciones de NOx (NO + NO2) y NO se miden respectivamente haciendo fluir alternativamente el gas a través de un convertidor (línea A) y el gas de muestra (línea B) hacia la celda de reacción mediante conmutación las líneas con electroválvulas. El número2 se calcula a partir de la diferencia entre estas dos concentraciones. (Figura 3, líneas A y B)
Para garantizar una medición estable y fiable a largo plazo, se introduce periódicamente un gas de comparación de punto cero sin contenido de NO en la celda de reacción y se controla constantemente el punto cero para reducir la deriva del punto cero (*). El gas de comparación de punto cero utiliza un gas de escape sin NO de la celda del reactor, por lo que no es necesario un equipo especializado para generar este gas.
Además, estos gases se introducen en la misma celda de reacción y se detectan con el mismo fotodetector mediante la función de conmutación de la válvula solenoide. Esto significa que los cambios en la sensibilidad de la celda de reacción y del fotodetector a lo largo del tiempo, etc., se reflejan por igual en la detección de estos gases, lo que finalmente minimiza la diferencia en la sensibilidad de NO y NOx.
*) La desviación del punto cero es el desplazamiento gradual del punto cero de un analizador en una dirección debido a la temperatura, el envejecimiento u otros factores. El control con gas de comparación de punto cero para detectar una desviación del punto cero puede reducir la influencia de la desviación del punto cero.
El método de quimioluminiscencia está influenciado por la luminiscencia de gases distintos del componente medido y el enfriamiento por humedad o dióxido de carbono (CO2) en el gas de muestra. Las medidas para reducir estas influencias son las siguientes.
Cuando un gas de muestra contiene componentes gaseosos como H2 S que emiten por quimioluminiscencia con O3, se utiliza un filtro óptico para transmitir solo luz de longitud de onda específica de quimioluminiscencia por NO con O3, reduciendo así la influencia de otros gases para la quimioluminiscencia. (Figura 1)
Cuando la humedad está contenida en el gas de muestra o O3, NO2 excitada en la celda de reacción choca con la humedad y pierde energía de excitación de NO, se produce un fenómeno llamado enfriamiento, que influye en la medición. La humedad y elCO2 generalmente causan enfriamiento. Si el gas de muestra o elO3 contiene una gran cantidad de humedad, se utiliza un deshumidificador para eliminarla. Si existe una alta concentración de CO2 en el gas de muestra, el gas de muestra se diluye y fluye hacia el analizador para reducir la influencia de enfriamiento.
HORIBA utiliza el método de quimioluminiscencia o el método de absorción infrarroja no dispersiva (NDIR) como método de medición del analizador para medir NOx, NO y NO2. HORIBA proporciona analizadores óptimos para satisfacer necesidades y condiciones de funcionamiento específicas, aprovechando los atributos distintivos de cada método analítico. En esta sección se resumen las características de ambos métodos. (Tabla 1)
Para obtener más información sobre la absorción infrarroja no dispersiva (NDIR), haga clic aquí.
Esta tabla es una comparación de nuestros productos.
Tabla 1: Comparación de los métodos de quimioluminiscencia y absorción infrarroja no dispersiva (NOx, NO y NO2)
Foto 1: Analizador para medir amoniaco para la atmósfera (Unidad catalizadora de oxidación en la fila inferior)
El NH3 en el gas de muestra se convierte en NOx mediante una unidad de catalizador de oxidación agregada al extremo frontal del analizador y fluye hacia el analizador de quimioluminiscencia, midiendo el amoníaco (NH3). (Foto 1)
Analizador de amoníaco (NH3) para la atmósfera (APNA-370/CU-2)
Foto 2: Analizador de gas de chimenea con unidad analizadora NH3
Este analizador de gas de pilas para plantas tiene una unidad analizadora NH3 con método de quimioluminiscencia.
Analizador de amoníaco (NH3) para plantas (serie ENDA-7000)
El analizador de quimioluminiscencia se utiliza para la medición continua de óxidos de nitrógeno y amoníaco en gases de escape, gases de proceso y aire ambiente en una variedad de campos. También se utiliza para monitorear contaminantes en salas blancas de semiconductores.
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