Espectroscopia , os instrumentos de gás para espectroscopia foto acústica (PAS) são comprovados em campo em diversas aplicações. A técnica PAS é altamente precisa, estável, fornece uma medição direta independente do fundo e não requer nenhum gás de arraste ou consumíveis.
Espectroscopia Foto acústica, detecção
Na Espectroscopia Foto acústica – PAS, o gás é medido com um sinal luminoso modulado com a medida de onda pré-selecionada. As moléculas de gás absorvem parte da energia luminosa e convertem-se num sinal acústico que é detectado por microfones. Uma fonte do infravermelho age como um corpo negro e aquecido. Um espelho para fazer a respiração e uma janela de filtro PAS, por trás de uma interrupção da respiração e por um filtro ótico. Uma hélice gira e faz papel de interruptor sobre uma passagem da luz. O filtro óptico seleciona uma banda de interesse.
Ao passar pela janela, o portal entra na célula PAS. Se coincidentemente coincidir com uma banda de absorção do gás contido na célula, como moléculas de gás absorvem parte da energia. Quanto maior a concentração de gás na célula, maior é a absorção de moléculas, que são aquecidas, se expandem e aumentam a pressão interna. Como interrupções causadas pela hélice fazem com que a pressão diminua e diminua continuamente, gerando um sinal acústico. O sinal acústico é detectado por dois microfones, cujas saídas são somadas em um amplificador para um processamento posterior .
Espectroscopia Foto acústica, princípio de medição
- Uma amostra de ar é retirada para a câmara de medição e a câmara é selada pelas válvulas.
- A radiação da fonte de infravermelho passa através de um cortador e filtro óptico para a câmara, onde é absorvida, gerando variações de calor e pressão.
- As variações de pressão correspondem à frequência do chopper, criando uma onda de pressão que pode ser detectada pelos microfones.
- O sinal dos microfones, relativo à concentração de gás, é pós-processado e o resultado da medição é calculado.
Vantagens do PAS
A medição foto acústica de gás baseia-se nos mesmos princípios básicos dos analisadores convencionais de gás por infravermelho – a capacidade dos gases em absorver radiação infravermelha. No entanto existem importantes diferenças entre o PAS e as tecnologias convencionais.
A absorção (proporcional à concentração) é medida diretamente e não em relação a um segundo plano. Isto significa que o PAS é muito mais preciso e estável. Além disso, através do PAS todos os gases e vapores podem ser monitorados simultaneamente em uma única câmara de medição, uma vez que cada substância pode ser detectada individualmente.
E finalmente, o volume de amostragem necessário é muito pequeno, devido às dimensões da câmara da célula. Volumes menores que 10 mL podem ser mensurados.
Fonte Luminosa
A fonte luminosa ideal para detecção e análise de gases deve ser capaz de emitir radiação infravermelha, em especial na região entre 650 e 4000 cm-1.
A luz solar é a fonte de infravermelho mais comum, e foi utilizada por Alexander Bell em seus experimentos pioneiros em foto acústica. Embora seja sem dúvidas a fonte mais barata, ele mesmo afirmou que não é a mais confiável.
A fonte incandescente, além de mais estável, é uma ótima alternativa. O tipo mais simples é um filamento aquecido a uma alta temperatura. Suas maiores vantagens são a estabilidade, custo baixo e durabilidade. O espectro de emissão é contínuo, com algo entre 70 e 80% na região do infravermelho.
A espectroscopia requer uma largura de banda estreita, e por esta razão utiliza-se em conjunto com a lâmpada um sistema óptico que admite a passagem apenas da faixa desejada. Filtros são usados para a radiação de uma faixa fixa de comprimentos de onda. Para um ajuste contínuo, podem ser utilizadas grades de difração, prismas ou interferometria.
Compensação cruzada
As curvas mostram 3 espectros de absorção de infravermelho para 3 gases diferentes, gás 1, gás 2 e gás 3. Para medir a concentração correta de gás 1, por exemplo, é necessário medir em 3 comprimentos de onda diferentes, indicados com (Ótico) Filtro A, Filtro B e Filtro C.
Se o Gás 1 for medido somente com o Filtro A, a absorção medida será a soma de absorção do Gás 1, Gás 2 e Gás 3. A concentração calculada estará, portanto, incorreta. O erro é chamado de interferência do gás 2 e do gás 3 no gás 1. Da mesma forma, se o gás 1 for medido somente com o filtro C, a concentração calculada estará errada, devido à interferência do gás 3.
Para superar este problema, o algoritmo de compensação cruzada foi implementado nos monitores foto acústicos de múltiplos gases 1312 e 1314. Um filtro carrossel está instalado no instrumento, contendo os filtros A, B e C. Primeiro, a amostra é medida usando filtro óptico. A. O sinal medido (SA) pode ser expresso como:
SA = a1, A x c1 + a2, A x c2 + a3, A x c3
Onde:
SA é o sinal de microfone medindo com o filtro A.
a1, N é a absorção do gás 1 no filtro N.
c1 é concentração de gás 1
De maneira semelhante, medindo a mesma amostra com o Filtro B e o Filtro C obtemos:
SB = a1, B x c1 + a2, B x c2 + a3, B x c3
SC = ai, C x c1 + a2, Cx c2 + a3, C x c3
Agora temos 3 equações com 3 incógnitas, c1, c2 e c3. O instrumento, quando selecionado, calcula automaticamente as concentrações desconhecidas e exibe o resultado corrigido. Dessa forma, a interferência de outros gases pode ser reduzida em mais de 98%, com uma seleção adequada dos filtros ópticos, em comparação com os gases a serem medidos.
Um algoritmo semelhante está disponível para a compensação de interferência de umidade.
IMPORTANTE! Os cálculos acima são baseados no sinal bruto dos microfones e não nas concentrações armazenadas no banco de dados. Isso significa que não é possível recalcular as medições realizadas sem compensação cruzada para medições com compensação cruzada e vice-versa.
Ficaremos felizes em ajudá-lo com a seleção adequada de filtros ópticos para exatamente a sua aplicação.
Limites de Detecção para vários gases
Conversão de unidades de concentração
Os limites de detecção no gráfico de limite de detecção são dados em “partes por milhão” por volume (ppm) a 20 ° C e 1 atmosfera de pressão. Estes valores podem ser convertidos na unidade de concentração “mg / m3” usando a equação abaixo:
Para um gás a 20 ° C e a 1 atmosfera de pressão:
Concentração (mg / m3) = [Concentração (ppm) * Molec. peso (g / mol)] / [24.04 l / mol]
Limites de detecção para vários gases
Os gases abaixo são apenas exemplos dos mais de 300 gases diferentes que você pode detectar com a nossa gama de monitores de gás. Para mais informações, consulte a nossa tabela de limites de detecção de gás.
Limite de detecção de gás (ppm) e número do filtro
Óxido Nitroso – 0,03 ppm – UA0985
Halotano – 0,02 ppm – UA0972
Isoflurano – 0,009 ppm – UA0972
Dióxido de Carbono – 1.5 ppm – UA0982
MMA – 0,02 ppm – UA0971
SF6 – 0,006 ppm – UA0988
Freon 134a – 0,01 ppm – UA0970
Clique na tabela de limites de detecção de gás da Lumasense
Clique na literatura sobre Espectroscopia Fotoacústica da INNOVA
