Manual de tecnologías de medición de concentración de gases y material particulado en chimeneas y atmósfera. Parte 10

4. Dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx), óxidos de carbono (COx), ácido clorhídrico (HCl), ácido fluorhídrico (HF), amoníaco (NH3).
Método continuo de espectroscopia de absorción óptica diferencial.

Figura 5.5.2-10: Disposición del sistema de medición en chimenea con el sistema de medición continua de espectroscopia de absorción óptica diferencial.

5. Monóxido de carbono (CO)

Método de absorción infrarrojo y correlación de filtros

1. Figura 5.5.2-11: Esquema del equipo para medición por el método de absorción infrarrojo y correlación de filtros

6. Material particulado

5.6 DESCRIPCIÓN DE TECNICAS DE ANÁLISIS (21)

En la presente Sección se describen únicamente algunas de las técnicas de análisis que son mencionadas en las Secciones 5.4 y 5.5.

1 Espectrometría de absorción atómica

La espectroscopia atómica se basa en la absorción y emisión por parte de átomos o iones.

Los espectros atómicos se obtienen mediante un adecuado tratamiento térmico que convierte los componentes de una muestra en átomos o iones elementales gaseosos.

El proceso de la espectrometría de absorción atómica puede ser dividido en dos etapas:

1. La atomización, o sea la producción de átomos libres desde la muestra.
La llama de combustión provee un medio de convertir las soluciones en análisis en átomos libres en fase vapor. Se emplea un nebulizador neumático para transformar la solución de muestra en una niebla o aerosol, constituida por pequeñas gotas de líquido, la cual se introduce en un quemador donde, por efecto del calor, se generan átomos libres. Se debe seleccionar la fuente de llama adecuada para proveer la temperatura requerida según el un análisis que se realice. La máxima temperatura está dada por el tipo de combustible y de oxidante y el valor exacto de temperatura está dado por la relación entre ellos. El intervalo de temperatura de atomización característico según el tipo de llama empleada es de 1700 a 3150 °C. En la Tabla 5.6-I se dan ejemplos de temperatura de llama para diferentes mezcla de combustibles y oxidantes.

2. La absorción de radiación de una fuente externa por los átomos generados con la llama de combustión.
Los métodos analíticos que se basan en la absorción atómica son muy específicos debido a que las líneas de absorción son bastante estrechas (de 0,002 a 0,005 nm). La fuente de emisión de radiación produce radiación con ancho de banda aún más estrecha. Para al generación de radiación se emplean lámparas de cátodo hueco o de descarga sin electrodos. La absorción de radiación por parte de los átomos libres (extraídos de su ambiente químico pero no ionizados) generados en la llama produce una transición desde un estado fundamental a un estado excitado. El espectro de absorción atómica de un elemento dado consiste de una serie de líneas de resonancia, o sea la generación de varios estados excitados, originadas en el estado fundamental.

Usualmente la transición entre el estado fundamental y el primer estado excitado, conocida como primera línea de resonancia, es la línea con absorción más intensa. La longitud de onda de la línea de primera resonancia para todos los metales y muchos metaloides son mayores de 200 nm, que corresponde al límite inferior de la región ultravioleta convencional. La primera línea de resonancia para la mayoría de los no metales se encuentra en la región ultravioleta debajo de 185 nm, por lo que no pueden ser medidas con métodos de espectrometría convencional y requieren espectrofotómetros que operan en el vacío.

Tabla 5.6-I Temperatura de llama para diferentes mezcla

Figura 5.6-1: Ejemplo de nebulizador

Los gases generados en la llama forman un conjunto de átomos libres no excitados capaces de absorber radiación, a la longitud de onda de la línea de resonancia, emitida por una fuente externa. La radiación no absorbida pasa a través de un monocromador que aísla la línea resonante y luego llega a un fotodetector que mide la potencia de la radiación transmitida. La absorción es determinada por diferencia de potencia de la línea resonante en presencia y ausencia de los átomos generados en la llama.

Figura 5.6-2: Espectrofotómetro de llama típico con un sólo haz.

2 Cromatografía (Gaseosa y Líquida)

El hecho que distingue la cromatografía gaseosa o líquida de otros métodos físicos o químicos de separación es que dos fases mutuamente inmisibles son puestas en contacto; una fase es estacionaria y la otra móvil. Las dos fases se eligen de forma tal que los componentes de la muestra que se quiere analizar se distribuyen de modo distinto entre la fase móvil y la estacionaria. Una muestra introducida en la fase móvil es llevada a través de una columna (múltiple) conteniendo una fase estacionaria distribuida. Especies en la muestra es sometida a repetidas interacciones (particiones) entre la fase móvil y la estacionaria. Al final del proceso emergen componentes separados en función de la diferencia de interacción con la fase estacionaria. El componente menos retardado emerge primero. El componente más fuertemente retenido emerge último. La partición entre las fases explota diferencia en las propiedades física y/o químicas de los componentes de la muestra.

La columna de separación es el corazón de la cromatografía. Provee versatilidad en los tipos de análisis que pueden realizarse. Esta versatilidad, debido a la amplia elección de materiales para las fases estacionaria y móvil, hace posible separa moléculas que difieren levemente en sus propiedades físicas y químicas.

Hablando en términos generales la distribución de un soluto(22) entre las dos fases resulta del balance de fuerzas entre las moléculas del soluto y las moléculas de cada fase. Ello refleja la atracción relativa o repulsión que las moléculas o iones de las fases competitivas muestran para el soluto o entre ellas mismas. Esas fuerzas pueden ser polares en su naturaleza, apareciendo desde momentos dipolares inducidos o permanentes, y ello puede ser debido a fuerzas dispersas de London. La polaridad relativa de los solventes es manifestada en su constante dieléctrica.

La fase móvil puede ser un gas o un líquido, mientras que la fase estacionaria puede ser solamente líquido o sólido. Cuando la fase móvil es un gas, se denomina cromatografía gaseosa y cuando la fase móvil es un líquido, cromatografía líquida.

Cromatografía gaseosa

Dentro de la cromatografía gaseosa la combinación de fases más empleada es la de gas (fase móvil) – líquido (fase estacionaria).

Las columnas pueden ser de relleno o capilares.

a) Las columnas de relleno se fabrican con tubo de vidrio, metal (acero inoxidable, cobre o aluminio) o de teflón, con una longitud de 2 a 3 m y un diámetro de 2 a 4 mm. Estos tubos se empaquetan densamente con un material de relleno sólido, finamente dividido y homogéneo, que se cubre con una delgada capa (0,05 a 1 mm) de la fase estacionaria líquida.

b) Las columnas capilares son de dos tipo: 1) tipo capilares de pared recubierta, donde la pared interior del tubo capilar está cubierta de una fina capa de fase estacionaria; 2) tipo capilares con soporte recubierto, donde la superficie interna está revestida de una fina capa (30 mm) de material soporte, tal como tierra de diatomeas; tienen varias veces la fase estacionaria que una de pared cubierta y por lo tanto mayor capacidad.

Los componentes separados deben luego ser detectados; en el caso de cromatografía gaseosa la versatilidad y especificidad de los detectores y la posibilidad de combinar el método con un espectrómetro de masa o un espectrofotómetro de infrarrojo incrementa la utilidad de este método.

El detector de ionización de llama es uno de los más extensamente utilizado en cromatografía gaseosa (ver Apartado 4) y también el de fotometría de llama (ver Apartado 5).

Figura 5.6-3: Representación esquemática de un cromatógrafo gaseoso

Por: Dr. Jaime A. Moragues
Fuente: blogaustral.org