Principios de análisis instrumental

396 Capítulo 16 Introducción a la espectrometría infrarroja <« Fuente de referencia Fuente de muestra lwJilwJ ¡ ~ Troceador , - m e±'·= ··, "" ,¡;, , Atenuador de haz 1 1 t f Celda de referencia ¡:::"""" [uestra Placa del -- capacitory 1 ''");'==p ~ + ~~:::,~;;" Celda llena""' D1af::"~~ de de CO Al amplificador metal fl ex ible FIGURA 16.14 Fotómetro de infrarrojo no dispersivo para el control del monóxido de carbono (CO). y 14.1 ¡.;.,m (1300 a 710 cm_,), para seleccionar otras longitudes de onda o para barrer espectros. La fuente es un filamento de alam– bre de nicromo y el transductor es un dispositivo piroeléctrico (véanse las descripciones de fuentes y transductores en la sección 16C). La muestra gaseosa se introduce dentro de la celda mediante una bomba accionada por batería a un ritmo de 20 L!min. En la celda se usan tres espejos revestidos de oro en un diseño de lon– gitud de trayectoria plegada para ampliar la longitud de la trayec– toria. Se puede elegir entre longitudes de 0.5 m y 12.5 m. Con este fotómetro se han detectado muchos gases a escalas de menos de una parte por millón, sobre todo con el ajuste de longitud de tra– yectoria plegada. Se informó de un instrumento IR de filtro recientemente diseñado para la determinación de co2 en entornos industriales. El límite estimado de detección fue de 1 ppm. 10 Fotómetros sin filtro Los fotómetros sin ningún dispositivo para restringir la longi– tud de onda se utilizan mucho para controlar un componente determinado en corrientes de gases .'' En la figura 16.14 se muestra un instrumento no dispersivo característico, diseñado para determinar monóxido de carbono en una mezcla gaseosa. La celda de referencia es un recipiente sellado que contiene un 10 Véase ). Hodgkinson et al., Sens. Actuators B, 2013, 186, p. 580, DO!: 10.1016/j. snb.2013.06.006. 11 Para la determinación de CO en humo de cigarro, véase Appl. Spectrosc., 2006, 60, p. 272, DO!: 10.1 366/0003702067763426 16. gas no absorbente; tal como se muestra en la figura, la muestra fluye por una segunda celda de la misma longitud. La hoja del troceador está dispuesta de tal manera que los haces que provie– nen de fuentes idénticas se cortan de manera simultánea a una velocidad de unas cinco veces por segundo. La selectividad se logra al llenar ambos compartimientos de la celda del sensor con el gas que se desea analizar, en este caso, monóxido de carbono. Las dos cámaras del detector están separadas por un diafragma metálico, delgado y flexible que funciona como la placa de un capacitor. La segunda placa está en el compartimiento del sensor a la izquierda. Cuando no hay monóxido de carbono dentro de la celda de la muestra, las dos cámaras del sensor se calientan por igual con la radiación infrarroja proveniente de las dos fuentes. Sin embargo, si la muestra contiene monóxido de carbono, el haz del lado derecho está algo atenuado y la cámara del sensor correspon– diente se enfría algo más que la cámara de referencia. Como resultado, se produce un movimiento del diafragma hacia la derecha y hay un cambio en la capacidad del condensador. Este cambio de capacitancia se detecta mediante el sistema amplifica– dor, cuya señal de salida actúa sobre un servomotor que mueve el atenuador del haz de referencia hasta que ambos compartimien– tos estén de nuevo a la misma temperatura. Por consiguiente, el instrumento trabaja como un dispositivo de tipo nulo. El trocea– dar sirve para proporcionar una señal de corriente alterna que es menos sensible a la deriva y al ruido 1/f Este tipo de instrumento es muy selectivo debido a que el calentamiento del gas del sensor se produce solo a partir de la estrecha porción del espectro de radiación que es absorbida por el monóxido de carbono. Este dispositivo se puede adaptar al análi– sis de cualquier gas que absorba radiación infrarroja (como C0 2 , NO, o H 2 S). 12 Analizadores de correlación de filtro Como se puede ver en la figura 16.15, estos analizadores están equipados con un filtro giratorio de gas a través del cual pasa el haz IR. El filtro tiene dos compartimientos, uno para el gas en estudio y el otro para un gas no absorbente como el nitrógeno. Cuando el gas en estudio está en el haz atenúa en forma selectiva la fuente IR para producir un haz de referencia. El gas transpa– rente produce el haz de la muestra. Casi siempre, la fuente IR se divide a una frecuencia bastante alta (360 Hz) mientras el filtro gira a una frecuencia más bien baja (30 Hz). Se genera una señal modulada que está relacionada con la concentración del gas del analito. Hay analizadores de correlación de filtro para gases como C0 2 y CO. Se pueden preparar para que detecten niveles traza (<0.1 ppm) o cantidades mayores. Los instrumentos se calibran mediante la elaboración de una curva de trabajo con la disolución de un gas patrón. 12 Para el C0 2 en el agua de mar, véase Marine Chemistry, 2006, 100, p. 24, DO!: 10.1016/j.marchem.2005.10.009; para NO en el humo de cigarro, véase la referencia 11; para H 2 S en corrientes gaseosas de alquilamina ácida, véase Hydrocarbon Pro– cessing, 2009, 88 (febrero, número 2), p. 73.