ANALISADORES APLICADOS AO CONTROLE AMBIENTAL

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Ana Laura Canário Pinho
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1 ANALISADORES APLICADOS AO CONTROLE AMBIENTAL

2 CLASSIFICAÇÃO DA INSTRUMENTAÇÃO ANALÍTICA Instrumentação Analítica Instrumentação Analítica de Laboratório Instrumentação Analítica de Processo

3 SISTEMA ANALÍTICO DE PROCESSO Processo Estrutura Exaustão Sistema de Amostragem Instrumento Analítico Sistema Analítico

4 FUNÇÃO DO ANALISADOR Manter a segurança das pessoas e equipamentos; Otimizar a eficiência de equipamentos; Melhorar/manter a qualidade de produtos fabricados. Monitorar as condições ambientais em um meio. Otimizar a manipulação e o tratamento de efluentes industriais.

Melhorar/manter a qualidade de produtos fabricados.

5 PRINCIPAIS PARTES DO ANALISADOR Amostra

6 FUNÇÕES DO SISTEMA DE AMOSTRAGEM A captação da amostra; O transporte da amostra; O condicionamento da amostra; O descarte/reprocesso da amostra; A admissão de padrões; A coleta de amostra para comparação.

7 TIPOS DE ANALISADORES Análise de gases: Condutibilidade Térmica (H 2, CO 2, N 2,...); Absorção de Radiação Infravermelha (CO 2, CO, CnHm, umidade,...); Paramagnetismo (O 2 ); Galvânico - Célula de Zircônia (O 2 ); Cromatografia (H 2, N 2, CO 2, CO, CnHm,...). Análise de líquidos (meio aquoso): Analisador de ph; Condutivímetro (condutividade, concentração de ácidos); Colorímetro (concentração de cloro, sódio,...).

..); Paramagnetismo (O 2 ); Galvânico - Célula de Zircônia (O 2 ); Cromatografia (H 2, N 2, CO 2, CO,

8 Cromatografia

9 Classificação Natureza da fase móvel Natureza da fase estacionária

10 Representação esquemática de um cromatógrafo amostra em fase gasosa Forno Fase Móvel Fase Fixa Exaustão Detetor Fonte de Gás de transporte Introdutor Exaustão Coluna de separação

11 Resposta do detector Registro gráfico de uma análise T3 T2 T1 cromatográfica T1 T2 T3 = tempos de retenção dos componentes separados A1 A2 A3 = área dos picos dos componentes separados Introdução de amostra A1 A2 A3 Tempo

componentes separados A1 A2 A3 = área dos picos dos

12 Mecanismo de separação por partição Coluna Fase Móvel Película Líquida Suporte Sólido

13 Válvula gaveta Amostragem Injeção Exaustão Gás de transporte Exaustão Gás de transporte Atuador Atuador Capilar Capilar Amostra Coluna Ar Amostra Coluna Ar P/ o detector P/ o detector

14 Célula por condutividade térmica Exaustão Exaustão Saída da coluna Gás de transporte Câmara de referência (difusão) Filamentos Câmara de medição (fluxo direto)

15 Circuito de medição Ajuste de Span R=câmara de referência M R M=câmara de medição Ajuste de zero R Para amplificação R1 R2 E

16 Detetor por ionização de chama Exaustão Detector Ânodo I Amplificador Filamento E Cátodo Coluna Ar Isoladores H 2 Queimador

17 Analisador por Quimioluminescência

18 Princípio de operação NO + O 3 NO 2 * + O 2 NO 2 * NO 2 + hv

19 Diagrama de bloco do analisador de NOx Alimentação de oxigênio Tratamento Ozonisador Câmara de reação Detector Amostra Tratamento da amostra Conversor de NO2 para NO2 By-pass Exaustão (medição de NO)

20 Câmara de reação Exaustão NO Ozônio NO Ozônio O2 O2 + + NO2 NO2 Detector Exitado Estável

21 Analisador por absorção de radiação infravermelha

22 Ultravioleta Luz Visível Microondas Espectro infravermelho Comprimento da Onda Infravermelho Próximo Intermediário Longínquo

23 Vibrações moleculares Modelo vibracional da molécula HF (A) F H Massas atômicas H F (B) (C)

24 Vibrações moleculares Modelo vibracional da molécula CO2 0 C 0 0 C 0 0 C 0 (A) (B) (C) Massas atômicas C

25 Absorção de radiação infravermelha A redução da energia de um feixe de radiação eletromagnética devido à absorção de radiação infravermelha obedece à lei de Lambert-Beer: I = Io e abc onde: I = intensidade do feixe após atravessar a substância; Io = intensidade do feixe no mesmo ponto, porém sem a substância absorvente; a = fator de absorção que depende da substância absorvente e do comprimento de onda da radiação; b = distância percorrida pela radiação na substância; c = concentração da substância. A figura Abaixo, mostra um dispositivo que permite visualizar essa lei: Io x b x D Gás não absorvente b c F x I Gás absorvente x Legenda F Fonte de I.V C Câmara de Análise D Detetor de I.V.

26 Espectro de absorção de alguns gases A dióxido de carbono (CO2) B monóxido de carbono (CO) C metano (CH4) D etano (C2H6)

27 Tipos de analisadores Analisadores não dispersivos: analisador com sistema de filtragem positiva analisador com sistema de filtragem negativa Analisador dispersível: Espectrofotômetro

28 Analisador com sistema de filtragem positiva M D F CA Motor CR

29 Espectrofotômetro Fonte IV Eletrônica Cuveta Prisma Detetor

30 Analisador de oxigênio com célula de óxido de zircônio

31 Célula de Óxido de Zircônio Ar + -

32 Célula de Óxido de Zircônio Eletrodos de Platina Óxido de Zircônio (Eletrólito)

33 Princípio de funcionamento Anodo Catodo Gás de Referênica (ar atmosférico) Gás de amostra moléculas de O2 ions de O2 outras moléculas + - Eletrólito (ZrO2)

34 Resposta da célula - Eq. de Nernst E = RT ln nf PO 2 (Ref) PO 2 (Med) Onde: E = Voltagem em circuito aberto (Volts) R = Constante universal dos gases (8,314 J/ Mol.k) T = Temperatura absoluta da célula (k) n = Número de elétrons na reação do eletrodo (4) F = Constante de Faraday (N.e = 9,6487 x 10 4 C/Mol) PO 2 (Ref)= Pressão parcial de O 2 (referência) PO 2 (Med)= Pressão parcial de O 2 (amostra)

35 Resposta da célula - Eq. de Nernst E = 2,154 x 10-5 x T x ln 20,9 Volts % O 2

36 Resposta da célula (mv) x %O 2 para várias temperaturas

37 Analisador de Oxigênio por Paramagnetismo

38 Suscetibilidade magnética dos gases

39 Tipos de analisadores Paramagnético: Magneto-dinâmico; Efeito-Quincke. Termoparamagnético: Convectivo; Leher.

40 Magneto-dinâmico Célula do analisador magneto - dinâmico F Peças Polares F Esferas de Quartzo

41 Célula de Pauling Peça Polar Fio de fibra de Quartzo Espelho Lente Lâmpada Escala oxigênio %

42 Sistema de medição ótico-eletrônico Célula de Munday Fita de Platina - Irídio Realimentação Peça Polar Fio de Platina Feixe de Luz Foto emissor A Espelho Foto - receptor

43 Célula de efeito Quincke R1 R2 Catarômetro Saída Ponte Pneumática Peça Polar Gás Amostra Auxiliar Tubos de Interligação Câmara de medição Peças Polares

44 Célula do analisador termomagnético E R1 R2 Imã Câmara de medição Câmara de referência Amostra

45 Analisador termomagnético com gás de referência Amostra M Imã R A M Gás de Referência R E M = Câmara de Medição R = Câmara de Referência

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