Principio de medición - Análisis de oxígeno/nitrógeno/hidrógeno
Para el análisis de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno en diferentes materiales, se emplean comúnmente dos principios de medición: fusión de gases inertes-absorción infrarroja y métodos de conductividad térmica. Estos métodos utilizan diferentes técnicas para medir con precisión las concentraciones de estos gases.
En el método de fusión de gas inerte-absorción infrarroja, una muestra se fusiona con un gas inerte, típicamente helio (He) o argón (Ar), en un entorno controlado. La muestra fusionada se somete entonces a un análisis de absorción por infrarrojos, donde se miden longitudes de onda específicas absorbidas por las moléculas de gas de interés.
Por otro lado, el método de conductividad térmica se basa en el principio de que los gases con diferentes conductividades térmicas tendrán efectos distintos en la transferencia de calor. Midiendo los cambios en la conductividad térmica causados por la presencia de osígeno, nitrógeno o hidrógeno, se pueden determinar sus concentraciones.
Ambos métodos proporcionan mediciones fiables y precisas para el análisis de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno en una amplia gama de materiales, permitiendo una caracterización precisa y control de calidad en diversas industrias.
El flujo de gas
En cualquiera de los dos métodos de medición, una muestra se coloca en un crisol y se somete a calentamiento eléctrico para fundir y gasificar los elementos presentes en la muestra. El helio (He), un gas inerte, se utiliza como gas portador para transportar los elementos gasificados al detector. Dependiendo del elemento a medir, la detección se realiza utilizando un detector de NDIR (infrarrojo no dispersivo) o un detector TCD (conductividad térmica).
Ambos detectores han sido cuidadosamente diseñados por HORIBA para garantizar una precisión analítica y estabilidad excepcionales.
Componente clave 1: Detector
Detector infrarrojo no dispersivo (NDIR)
Los componentes principales de un sensor de NDIR son una fuente de luz infrarroja, una cámara de muestra (celda), un filtro óptico y un detector infrarrojo.
Según la ley de Beer-Lambert, el gas presente en la cámara de muestra absorbe longitudes de onda específicas de luz. El detector mide la atenuación de la intensidad de estas longitudes de onda, permitiendo determinar la concentración de gas.
Espectro infrarrojo de monóxido de carbono (NIST Chemistry WebBook https://webbook.nist.gov/chemistry/)
Se utiliza un filtro óptico para aislar la longitud de onda específica absorbida por la molécula de gas de interés. La señal de la fuente sufre un corte o modulación para compensar las señales térmicas de fondo de la señal deseada. NDIR detectores se emplean para la medición de CO2, CO, SO 2 y H2 O (cuando H 2 debe medirse por NDIR).
Para medir el CO 2, se utilizan dos detectores junto con dos filtros optimizados, lo que permite una medición precisa tanto de concentraciones bajas como altas.
HORIBA, pionera en analizadores de NDIR, ha desarrollado NDIR como una de sus tecnologías principales, ofreciendo instrumentos líderes en muchos campos. Actualmente se utiliza no solo en analizadores elementales, sino también en múltiples instrumentos que cubren una amplia gama de aplicaciones: analizadores de gases de escape de motores, monitores de NOx ambientales y analizadores de gases en chimeneas.
Para información técnica más detallada sobre el método de detección de gases NDIR, consulte ¿Qué es el método de absorción infrarroja no dispersiva (NDIR?
Detector de Conductividad Térmica (TCD)
Un TCD utiliza un circuito puente de Wheatstone.
Un esquema del puente de Wheatstone.
La celda de referencia se llena únicamente con el gas portador, mientras que la celda de muestra experimenta un cambio cuando ocurre la combustión e introduce el gas medido en ella.
El TCD (Detector de Conductividad Térmica) no muestra selectividad; solo mide los cambios en la resistividad. Si se introducen varios gases en la celda, la medición reflejará los cambios de resistividad combinados de todos los gases. Para garantizar resultados precisos y fiables, cualquier gas que no sea de interés debe someterse a una filtración cuidadosa antes de ser detectado.
El TCD (Detector de Conductividad Térmica) se emplea comúnmente para la medición de N 2 y también puede emplearse para H 2, especialmente en aplicaciones que requieren alta sensibilidad.
El principio de funcionamiento se basa en las conductividades distintivas entre el gas medido y el gas portador para lograr una sensibilidad óptima. En el caso del análisis de N 2, se requiere gas He ya que su conductividad térmica difiere significativamente de la de N 2, mientras que el gas argón (Ar) tiene una conductividad térmica más cercana a N 2. Sin embargo, para el análisis dedicado de H 2, se emplea gas Ar, ya que la diferencia de conductividad térmica entre H 2 y Ar es mayor que con He. El uso de TCD para la detección de H2 ofrece una sensibilidad al menos 10 veces mejor, lo que la convierte en la técnica preferida para la medición precisa de niveles bajos de H2 en aplicaciones altamente exigentes.
| Gas | Conductividad térmica (k/ 10-4 Wm-1 K-1) |
|---|---|
| Él (como portador) | 1649 |
| N 2 (objetivo) | 294 |
| Ar (como portador) | 201 |
| H 2 (objetivo) | 2033 |
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