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La fluorescencia es la emisión de luz por parte de una sustancia que ha absorbido energía luminosa, como la luz ultravioleta. Cuando una molécula absorbe la energía de la luz, pasa a un estado inestable y de alta energía (estado excitado) y, después de emitir luz, vuelve al estado energético original (estado fundamental).
Por ejemplo, si el componente medido es dióxido de azufre (SO2) en el gas de muestra, irradiar el gas de muestra con radiación ultravioleta de una longitud de onda específica (190 nm-230 nm) causará fluorescencia. Cuando las moléculas de SO2 se irradian con radiación UV, absorben la radiación UV y pasan a un estado excitado (SO2 *) a una cierta velocidad, y el SO2 * vuelve al estado fundamental emitiendo radiación UV con una longitud de onda más larga que la longitud de onda de la radiación UV absorbida. (Ecuación 1)
Ecuación 1: Reacción de fluorescencia (para SO2)
(1) muestra que SO2 absorbe la energía hv1 de la radiación UV para convertirse en un estado excitado, y
(2) muestra que la energía hv2 de la radiación UV se emite cuando el SO2 * en el estado excitado regresa al estado fundamental.
Dado que la concentración de SO2 es proporcional a la intensidad de fluorescencia (240-420 nm) causada por el SO2 *, la concentración de SO2 se mide detectando el intensidad de la fluorescencia.
Este principio se utiliza para la medición continua de la concentración de dióxido de azufre (SO2) en un gas de muestra.
En las siguientes secciones se describe la medición de la concentración de SO2 en un gas de muestra utilizando UVF.
El analizador de gases que utiliza UVF hace fluir un gas de muestra hacia una celda de fluorescencia, y la fluorescencia UV (Ecuación 1) causada por la radiación UV y el SO2 en la celda de fluorescencia se transmite selectivamente a través de un filtro óptico y es detectado por un fotodetector para medir la concentración de gas (Figura 1).
Figura 1: Estructura y principios de funcionamiento de un analizador de gases que utiliza UVF
En esta sección se explican los principios de construcción y funcionamiento de un analizador de gases que mide continuamente el SO2 en el aire ambiente.
En la Figura 2 se muestra un ejemplo de la estructura general del analizador. Se utiliza una lámpara de destello de xenón como fuente de luz UV. Con el fin de medir continuamente la concentración de SO2 con alta precisión, el analizador incorpora varios mecanismos para reducir los factores de error para la medición, incluido un detector para Compensa los cambios en la intensidad de la luz de la lámpara de destello de xenón.
Figura 2: Estructura y principio de funcionamiento del analizador de gases de fluorescencia UV
El principio de funcionamiento es el siguiente.
El gas de muestra se irradia con luz ultravioleta de una longitud de onda específica mientras fluye a través de una celda de fluorescencia. Dependiendo de la concentración de SO2 en el gas de muestra, la absorción de luz UV cambia y la intensidad de la luz de la fluorescencia también cambia. La fluorescencia entra en el detector como luz transmitida seleccionada por un filtro óptico y es detectada por un fotodetector (tubo fotomultiplicador). Esta señal detectada se procesa para calcular la concentración de SO2, midiendo así continuamente la concentración de SO2 en el gas de muestra.
La medición de la concentración de SO2 con UVF está influenciada por la intensidad luminosa reducida de la fuente de luz UV y los hidrocarburos aromáticos específicos en el gas de muestra. El analizador que utiliza UVF reduce estos factores de influencia mediante varios mecanismos y funciones.
Figura 3: Reducción de factores que influyen en la medición.
Para causar suficiente fluorescencia incluso cuando la concentración del gas medido es baja, se utiliza una lámpara de destello de xenón con alta luminancia como fuente de luz UV. La lámpara de flash de xenón emite luz en varias longitudes de onda, por lo que si la luz transmite la celda de fluorescencia como si fuera luz de excitación, la fluorescencia que no sea SO2 también transmitirá el detector e influirá en el valor de medición. Como contramedida contra esta influencia, HORIBA utiliza varios filtros ópticos reflectantes para seleccionar las longitudes de onda necesarias para la luz de excitación. Dado que la cantidad de luz ultravioleta de la lámpara de destello de xenón se reduce con la iluminación a largo plazo, los cambios en la intensidad de la luz se miden con un detector de compensación para la intensidad de la luz y SO2 La concentración se corrige en función del cambio detectado.
El diseño óptico para reducir la luz parásita en la celda fluorescente reduce el ruido en la medición de fluorescencia. La pared interna de la célula fluorescente está especialmente recubierta para reducir la reflexión de la luz de excitación. Estas medidas reducen la incidencia de luz parásita en el fotodetector. Además, el recubrimiento especial en la pared interna de la celda fluorescente evita la absorción de SO2.
Los hidrocarburos aromáticos como el tolueno y el xileno, que absorben los rayos UV y emiten fluorescencia, influyen en el SO 2 medición. Para reducir esta influencia, estos gases son eliminados por una unidad de eliminación de hidrocarburos aromáticos antes de que el gas de muestra fluya a la celda fluorescente. Además, se utiliza un filtro óptico que transmite selectivamente la fluorescencia de SO2 para reducir la influencia de la fluorescencia causada por otros gases.
HORIBA utiliza el método de fluorescencia ultravioleta (UVF) o el método de absorción infrarroja no dispersiva (NDIR) como método de medición del analizador para medir el SO2. HORIBA proporciona los analizadores óptimos para el propósito de uso y el entorno operativo aprovechando las características de cada método. 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 del método de fluorescencia ultravioleta y el método de absorción infrarroja no dispersiva (SO2)
El método óptimo se selecciona principalmente en función del rango de concentración de medición SO2. Por ejemplo, cuando se mide SO2 en el aire ambiente, se utiliza un analizador UVF, y cuando se mide SO2 en gases de escape, se utiliza un analizador NDIR.
El analizador del método de fluorescencia ultravioleta (UVF) es ampliamente utilizado para la medición y el monitoreo continuos de dióxido de azufre (SO2), uno de los contaminantes del aire ambiente. También se utiliza para controlar el dióxido de azufre (SO2), un contaminante en las salas limpias de semiconductores.
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