Trecho: Compensação de sensibilidade cruzada em sensores eletroquímicos de gás.
Texto introdutório
A confiabilidade e precisão da tecnologia de medição de emissões da Testo garantiu a ela uma reputação muito boa entre os clientes em todo o mundo. As aplicações típicas são o ajuste e monitoramento de sistemas de aquecimento, bem como medições em usinas combinadas de calor e energia, motores ou turbinas. Dependendo do combustível e das configurações da planta, a matriz de gás nesses trabalhos é bastante conhecida.
Além disso, no entanto, os instrumentos de medição de emissões da Testo são usados para monitorar os mais diversos processos nos quais a composição do gás pode variar consideravelmente. Este white paper se preocupa com a questão da possível sensibilidade cruzada dos gases que ocorrem aqui e como lidar com isso.
Sensibilidades cruzadas em sensores de gás
O termo sensibilidade cruzada descreve o fato de que um sensor reage não apenas ao parâmetro alvo, mas também a outros parâmetros de influência. Em outras palavras: um sensor com sensibilidade cruzada não possui seletividade perfeita. Isso é especialmente desafiador para sensores de gás, pois a medição de uma concentração de gás específica deve ser idealmente possível em uma matriz de gás de qualquer complexidade - com centenas de gases e vapores potencialmente interferindo na seletividade. Portanto, não é surpreendente que quase todos os princípios de medição usados em sensores de gás mostrem uma sensibilidade cruzada aos gases que os acompanham. Por exemplo, os instrumentos de medição paramagnéticos de oxigênio também reagem ao dióxido de nitrogênio, e a amônia e o dióxido de carbono atuam como parâmetros de interferência em métodos quimioluminescentes para a determinação de óxidos de nitrogênio. Os sensores eletroquímicos de gás usados nos instrumentos de medição Testo também não estão isentos de sensibilidades cruzadas.
Fig. 1: Sensores de gás eletroquímico no instrumento de medição testo 340
Sensibilidades cruzadas em sensores eletroquímicos de gás e compensação de compensação
O princípio funcional de um sensor de gás eletroquímico é explicado no diagrama da Fig. 2. O gás a ser medido, por exemplo monóxido de carbono (CO), deve passar por uma barreira de difusão (um capilar ou membrana), e no caso de alguns sensores digitam um filtro químico e, em seguida, alcançam o chamado eletrodo de trabalho. Isso "flutua" em um eletrólito, i. e. em uma solução aquosa ácida ou alcalina. A molécula do gás desencadeia uma reação química no eletrodo de trabalho e íons, por exemplo, prótons (H +), são formados, que chegam ao contra-eletrodo, onde reagem com o oxigênio presente como uma solução no eletrólito. Ao mesmo tempo, é criada uma corrente elétrica que é desviada para um circuito externo e serve como medida da concentração de gás presente. O terceiro eletrodo (eletrodo de referência) é usado para estabilizar o sinal do sensor.
Para que essas reações químicas ocorram nos eletrodos, eles devem conter um metal nobre (por exemplo, platina) como catalisador. A escolha de materiais catalisadores adequados para eletrodos é limitada e os materiais correspondentes demonstram seus efeitos catalíticos com diferentes gases. Ao misturar diferentes catalisadores, a seletividade sobre um gás específico pode ser aumentada. No entanto, é inevitável que os sensores eletroquímicos de gás mostrem sensibilidades cruzadas. Um eletrodo de platina, por exemplo, possui alta atividade catalítica e em um sensor de gás para CO preenchido com ácido sulfúrico diluído aquoso, também demonstrará os gases cruzados NO, NO₂, SO₂ e H₂.
Então, como essas sensibilidades cruzadas indesejadas em sensores de gás e instrumentos de medição de gás podem ser minimizadas, a fim de obter uma exibição confiável e precisa da concentração de gás, mesmo em misturas de gases complexas e desconhecidas? Várias estratégias entram em jogo:
Fig. 2: Sensor eletroquímico para CO e outros gases (representação esquemática)
Materiais catalisadores
A abordagem mais importante é, como já mencionado, uma seleção direcionada de materiais e misturas de catalisador para o eletrodo e do eletrólito correspondente adequado. Em suma, a tecnologia em sensores eletroquímicos de gás disponíveis comercialmente atingiu um nível bem desenvolvido. Em detalhes, no entanto, mais progressos podem ser alcançados. Como exemplo, um sensor SO₂ insensível a CO recentemente disponível é descrito na página 5.
Tensão de polarização
A seleção de uma tensão de polarização adequada para o eletrodo de trabalho também pode levar a uma melhoria da seletividade. Este método é usado, por exemplo, em sensores NO. O eletrodo de trabalho usa grafite como material catalisador e uma tensão de polarização adicional de 300 mV sobre o eletrodo de referência, que também é integrado ao sensor. Também aqui, o ácido sulfúrico aquoso é usado como eletrólito. O potencial eletroquímico desse sistema permite que ele demonstre NO - porém não, ou pelo menos dificilmente, os gases acompanhantes NO₂ e CO, o que dá aos sensores de gás eletroquímico um nível comparativamente alto de seletividade.
Filtros
Muitos sensores eletroquímicos de gás usam filtros químicos contra influências cruzadas. A fim de cumprir a função do filtro, o material do filtro deve reter os gases que o acompanham enquanto permite que o gás alvo penetre sem obstáculos.
Esse foi apenas um pequeno trecho. Você gostaria de aprender mais? Peça o white paper completo agora. Você pode esperar estes outros conteúdos:
Conteúdo do white paper
- Sensor CO com compensação H₂
- Compensação de sensibilidades cruzadas
- Peculiaridades dos instrumentos de medição de gás e sensores de gás da Testo
- Limites para a compensação de sensibilidades cruzadas
- Sucesso no desenvolvimento do sensor SO₂
- Conclusão
