ANALISADORES
APLICADOS AO
CONTROLE
AMBIENTAL
CLASSIFICAÇÃO DA
INSTRUMENTAÇÃO ANALÍTICA
Instrumentação
Analítica
Instrumentação
Analítica de
Laboratório
Instrumentação
Analítica de
Processo
SISTEMA ANALÍTICO DE PROCESSO
Processo
Estrutura
Exaustão
Sistema de
Amostragem
Instrumento
Analítico
Sistema Analítico
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 , CO2 , N 2 , ...);
Absorção de Radiação Infravermelha (CO 2, CO, CnHm, umidade, ...);
Paramagnetismo (O 2);
Galvânico - Célula de Zircônia (O2);
Cromatografia (H 2, N2 , CO 2, CO, CnHm, ...).
Análise de líquidos (meio aquoso):
Analisador de pH;
Condutivímetro (condutividade, concentração de ácidos);
Colorímetro (concentração de cloro, sódio, ...).
Cromatografia
Classificação
Natureza da fase móvel
Natureza da fase estacionária
Representação esquemática de um cromatógrafo
em fase gasosa
amostra
Forno
Fase Móvel
Fase Fixa
Exaustão
Detetor
Introdutor
Fonte de Gás
de transporte
Coluna de
separação
Exaustão
Registro gráfico de uma análise
cromatográfica
T3
T1 T2 T3 = tempos de retenção
dos componentes separados
Resposta do detector
T2
T1
A1 A2 A3 = área dos picos dos
componentes separados
Introdução
de amostra
A1
A2
A3
Tempo
Mecanismo de separação por partição
Coluna
Fase Móvel
Suporte Sólido
Película
Líquida
Válvula gaveta
Injeção
Amostragem
Exaustão
Gás de transporte
Exaustão Gás de transporte
Atuador
Atuador
Capilar
Capilar
Amostra
Coluna
P/ o
detector
Ar
P/ o
detector
Amostra
Coluna
Ar
Célula por condutividade térmica
Exaustão
Exaustão
Saída
da coluna
Gás de
transporte
Câmara de
referência
(difusão)
Filamentos
Câmara de
medição
(fluxo direto)
Circuito de medição
Ajuste de Span
R
M
R=câmara de referência
M=câmara de medição
Ajuste
de zero
R
R2
R1
E
Para amplificação
Detetor por ionização de chama
Exaustão
Detector
I
Ânodo
Filamento
Amplificador
E
Cátodo
Coluna
Ar
H2
Queimador
Isoladores
Analisador
por
Quimioluminescência
Princípio de operação
NO + O3
NO2 * + O2
NO2 *
NO2
+ hv
Diagrama de bloco do
analisador de NOx
Alimentação
de oxigênio
Tratamento
Ozonisador
Câmara
de
reação
Amostra Tratamento
da amostra
Detector
Conversor
de NO2
para NO2
By-pass
(medição de NO)
Exaustão
Câmara de reação
Exaustão
NO
NO
Detector
+
O2
+
Ozônio
O2
Ozônio
NO2
Exitado
NO2
Estável
Analisador por
absorção de
radiação
infravermelha
.1
Microondas
Luz Visível
Ultravioleta
Espectro infravermelho
.4 .8 1 1.5
10 15
100
Infravermelho
Próximo Intermediário
Longínquo
1000 Comprimento
da Onda
Vibrações moleculares
Modelo vibracional da molécula HF
F
H
Massas atômicas
H --------------- 1
F --------------- 18
(A)
(B)
(C)
Vibrações moleculares
Modelo vibracional da molécula CO2
0
C
(A)
Massas atômicas
0 --------------- 16
C --------------- 12
0
0
C
(B)
0
0
C
(C)
0
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:
onde:
I = intensidade do feixe após atravessar a substância;
Io = intensidade do feixe no mesmo ponto, porém sem a substância absorvente;
abc
a = fator de absorção que depende da substância absorvente e do
I = Io e
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
Io
x
x
Gás não absorvente
D
b
c
F
x
x
I
Gás absorvente
Legenda
F – Fonte de I.V
C – Câmara de Análise
D – Detetor de I.V.
Espectro de absorção de alguns gases
A
dióxido de carbono (CO2)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12 13 14
B
monóxido de carbono (CO)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12 13 14
C
metano (CH4)
11 12 13 14
D
etano (C2H6)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12 13 14
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
M
F
Motor
D
CA
CR
Espectrofotômetro
Fonte IV
Eletrônica
Cuveta
Prisma
Detetor
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
Anodo
Catodo
Gás de Referênica
(ar atmosférico)
moléculas de O2
ions de O2
outras moléculas
Gás de amostra
+
Eletrólito (ZrO2)
Resposta da célula - Eq. de Nernst
E = RT ln
nF
PO 2 (Ref)
PO 2 (Med)
Onde: E =
R=
T=
n=
F=
PO2 (Ref)=
PO2 (Med)=
Voltagem em circuito aberto (Volts)
Constante universal dos gases (8,314 J/ Mol.k)
Temperatura absoluta da célula (k)
Número de elétrons na reação do eletrodo (4)
4
Constante de Faraday (N.e = 9,6487 x 10 C/Mol)
Pressão parcial de O2 (referência)
Pressão parcial de O2 (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
F
F
Peças Polares
Esferas de Quartzo
Célula de Pauling
Peça
Polar
Fio de fibra
de Quartzo
Espelho
Lente
Lâmpada
Escala
oxigênio %
Sistema de medição ótico-eletrônico
Célula de Munday
Fita de Platina
- Irídio
Realimentação
Peça Polar
Fio de Platina
Feixe de Luz
Espelho
A
Foto
emissor
Foto - receptor
Célula de efeito Quincke
R1
R2
Saída
Catarômetro
Ponte
Pneumática
Peça
Polar
Tubos de
Interligação
Câmara de
medição
Gás
Amostra
Auxiliar
Peças
Polares
Célula do analisador termomagnético
E
R1
Câmara de
medição
Imã
Amostra
R2
Câmara de
referência
Analisador termomagnético com gás de
referência
Amostra
M
R
Imã
A
M
M = Câmara de Medição
R
Gás de
Referência
R = Câmara de Referência
E