ANALISADORES

APLICADOS AO

CONTROLE

AMBIENTAL

CLASSIFICAÇÃO DA

INSTRUMENTAÇÃO ANALÍTICA

Instrumentação Analítica

Instrumentação Analítica de

Processo

Instrumentação Analítica de Laboratório

SISTEMA ANALÍTICO DE PROCESSO

Sistema de Amostragem

Instrumento Analítico

Sistema Analítico

Exaustão

Estrutura

Processo

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.

PRINCIPAIS PARTES DO ANALISADOR

Amostra

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.

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, ...).

Cromatografia

Natureza da fase estacionária

Classificação

Natureza da fase móvel

Representação esquemática de um cromatógrafo

em fase gasosa amostra

Forno

Introdutor

Exaustão

Exaustão

Fonte de Gás de transporte

Detetor

Fase Móvel

Fase Fixa

Coluna de separação

Registro gráfico de uma análise

cromatográfica

Tempo

T2

A2 A3

Resp

osta

do d

ete

cto

r T1

A1

T3

Introdução de amostra

T1 T2 T3 = tempos de retenção dos componentes separados

A1 A2 A3 = área dos picos dos componentes separados

Mecanismo de separação por partição

Fase Móvel

Película Líquida

Suporte Sólido

Coluna

Válvula gaveta

Coluna Coluna

P/ o detector

Amostragem

Exaustão Gás de transporte

Atuador

Injeção

Exaustão Gás de transporte

Atuador

Ar Ar

Amostra

Capilar

Amostra

P/ o detector

Capilar

Célula por condutividade térmica

Gás de transporte

Exaustão

Câmara de referência

(difusão)

Câmara de medição (fluxo direto)

Exaustão

Filamentos

Saída da coluna

Circuito de medição

M R

R2 R1

Ajuste de Span

Ajuste de zero

R Para amplificação

R=câmara de referência

M=câmara de medição

E

Detetor por ionização de chama

Amplificador I

E

Isoladores

H 2

Ar

Queimador

Exaustão Detector

Filamento

Cátodo

Coluna

Ânodo

Analisador

por

Quimioluminescência

Princípio de operação

NO + O3 NO2 * + O2

NO2 * NO2 + hv

Diagrama de bloco do

analisador de NOx

Ozonisador Tratamento

Câmara de

reação

Detector

Tratamento da amostra

Conversor de NO2

para NO2

Amostra

Exaustão By-pass

(medição de NO)

Alimentação de oxigênio

Câmara de reação Exaustão

Exitado Estável

+

+

NO2 O2

O2

NO

Ozônio

NO

Ozônio NO2

Dete

cto

r

Analisador por

absorção de

radiação

infravermelha

Espectro infravermelho U

ltravio

leta

Lu

z V

isív

el

Mic

ro

on

das

.1 .4 .8 1 1.5 10 15 100 1000 Comprimento da Onda

Próximo Intermediário Longínquo

Infravermelho

Vibrações moleculares Modelo vibracional da molécula HF

(A)

(B)

(C)

F H Massas atômicas

H --------------- 1

F --------------- 18

Vibrações moleculares Modelo vibracional da molécula CO2

0 C 0 0 C 0 0 C 0

(A) (B) (C)

Massas atômicas

0 --------------- 16

C --------------- 12

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:

b

b F

I

Io

c

x

x

x

x

Gás absorvente

Gás não absorvente

Legenda

F – Fonte de I.V C – Câmara de Análise D – Detetor de I.V.

D

Espectro de absorção de alguns gases

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

dióxido de carbono (CO2)

monóxido de carbono (CO)

metano (CH4)

etano (C2H6)

A

B

C

D

Tipos de analisadores

Analisadores não dispersivos:

analisador com sistema de filtragem positiva

analisador com sistema de filtragem negativa

Analisador dispersível:

Espectrofotômetro

Analisador com sistema de filtragem positiva

Motor

F

M

CA

CR

D

Espectrofotômetro

Fonte IV

Cuveta Prisma

Detetor

Eletrônica

Analisador de

oxigênio com célula

de óxido de

zircônio

Célula de Óxido de Zircônio

Ar

+

-

Célula de Óxido de Zircônio

Eletrodos de Platina

Óxido de Zircônio (Eletrólito)

Princípio de funcionamento

Gás de Referênica (ar atmosférico)

Anodo Catodo

+ -

Eletrólito (ZrO2)

Gás de amostra

moléculas de O2

ions de O2

outras moléculas

Resposta da célula - Eq. de Nernst

E = RT ln PO 2 (Ref) nF 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)

Resposta da célula - Eq. de Nernst

E = 2,154 x 10 -5 x T x ln 20,9 Volts

% O 2

Resposta da célula (mV) x %O2

para várias temperaturas

Analisador de

Oxigênio

por

Paramagnetismo

Suscetibilidade magnética dos gases

Tipos de analisadores

Paramagnético:

Magneto-dinâmico;

Efeito-Quincke.

Termoparamagnético:

Convectivo;

Leher.

Magneto-dinâmico Célula do analisador magneto - dinâmico

Peças Polares

Esferas de Quartzo

F

F

Célula de Pauling

Peça Polar

Fio de fibra de Quartzo

Espelho

Lâmpada Lente

Escala oxigênio %

Sistema de medição ótico-eletrônico Célula de Munday

Fita de Platina - Irídio

Peça Polar

Fio de Platina

Feixe de Luz

Foto emissor

A

Realimentação

Foto - receptor

Espelho

Célula de efeito Quincke R1 R2

Saída

Peça Polar

Ponte Pneumática

Gás Auxiliar

Amostra

Câmara de medição

Tubos de Interligação

Peças Polares

Catarômetro

Célula do analisador termomagnético

Câmara de referência

Amostra

Imã

Câmara de medição

E

R1 R2

Analisador termomagnético com gás de

referência

M

Amostra

A

R

E

R

M

Imã

Gás de Referência

M = Câmara de Medição R = Câmara de Referência