El detector de conductividad térmica ( TCD ), también conocido como catarómetro , es un detector de propiedades a granel y un detector químico específico comúnmente utilizado en cromatografía de gases. [1] Este detector detecta cambios en la conductividad térmica del eluyente de la columna y lo compara con un flujo de referencia de gas portador. Dado que la mayoría de los compuestos tienen una conductividad térmica mucho menor que la de los gases portadores comunes de helio o hidrógeno, cuando un analito eluye de la columna, la conductividad térmica del efluente se reduce y se produce una señal detectable.
Operación
El TCD consta de un filamento calentado eléctricamente en una celda de temperatura controlada. En condiciones normales, hay un flujo de calor estable desde el filamento hasta el cuerpo del detector. Cuando un analito eluye y se reduce la conductividad térmica del efluente de la columna, el filamento se calienta y cambia de resistencia. Este cambio de resistencia a menudo es detectado por un circuito de puente de Wheatstone que produce un cambio de voltaje medible. El efluente de la columna fluye sobre una de las resistencias mientras que el flujo de referencia está sobre una segunda resistencia en el circuito de cuatro resistencias.
Se muestra un esquema de un diseño clásico de detector de conductividad térmica que utiliza un circuito de puente de Wheatstone . El flujo de referencia a través de la resistencia 4 del circuito compensa la desviación debida al flujo o fluctuaciones de temperatura. Los cambios en la conductividad térmica del flujo de efluente de la columna a través de la resistencia 3 darán como resultado un cambio de temperatura de la resistencia y, por lo tanto, un cambio de resistencia que puede medirse como una señal.
Dado que todos los compuestos, orgánicos e inorgánicos, tienen una conductividad térmica diferente a la del helio o el hidrógeno, se pueden detectar prácticamente todos los compuestos. Es por eso que el TCD a menudo se denomina detector universal.
Utilizado después de una columna de separación (en un cromatógrafo), un TCD mide las concentraciones de cada compuesto contenido en la muestra. De hecho, la señal del TCD cambia cuando un compuesto lo atraviesa, formando un pico en una línea de base. La posición del pico en la línea de base refleja el tipo de compuesto. El área del pico (calculada integrando la señal de TCD a lo largo del tiempo) es representativa de la concentración acumulada. Una muestra cuyas concentraciones de compuestos se conocen se utiliza para calibrar el TCD: las concentraciones se afectan a las áreas de los picos a través de una curva de calibración.
El TCD es un buen detector de uso general para investigaciones iniciales con una muestra desconocida en comparación con el FID que reaccionará solo a compuestos combustibles (por ejemplo, hidrocarburos). Además, el TCD es una técnica inespecífica y no destructiva. El TCD también se utiliza en el análisis de gases permanentes (argón, oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono) porque responde a todas estas sustancias a diferencia del FID que no puede detectar compuestos que no contienen enlaces carbono-hidrógeno.
Teniendo en cuenta el límite de detección, tanto el TCD como el FID alcanzan niveles de concentración bajos (inferiores a ppm o ppb). [2]
Ambos requieren gas portador presurizado (normalmente: H 2 para FID, He para TCD) pero debido al riesgo asociado con el almacenamiento de H 2 (alta inflamabilidad, consulte Seguridad del hidrógeno ), el TCD con He debe considerarse en lugares donde la seguridad es crucial. .
Consideraciones
Una cosa que debe tener en cuenta al operar un TCD es que el flujo de gas nunca debe interrumpirse cuando el filamento está caliente, ya que hacerlo puede hacer que el filamento se queme. Si bien el filamento de un TCD generalmente se pasiva químicamente para evitar que reaccione con el oxígeno, la capa de pasivación puede ser atacada por compuestos halogenados, por lo que estos deben evitarse siempre que sea posible. [3]
Si se analiza el hidrógeno, el pico aparecerá como negativo cuando se utilice helio como gas de referencia. Este problema se puede evitar si se usa otro gas de referencia, por ejemplo argón o nitrógeno , aunque esto reducirá significativamente la sensibilidad del detector hacia cualquier otro compuesto que no sea hidrógeno.
Descripción del proceso
Funciona al tener dos tubos paralelos que contienen serpentines de gas y de calefacción. Los gases se examinan comparando la tasa de pérdida de calor de los serpentines calefactores al gas. Las bobinas están dispuestas en un circuito de puente de modo que se puedan medir los cambios de resistencia debido a un enfriamiento desigual. Un canal contiene normalmente un gas de referencia y la mezcla que se va a probar pasa por el otro canal.
Aplicaciones
Los catarómetros se utilizan médicamente en equipos de prueba de función pulmonar y en cromatografía de gases . Los resultados son más lentos de obtener en comparación con un espectrómetro de masas , pero el dispositivo es económico y tiene una buena precisión cuando se conocen los gases en cuestión, y solo se debe determinar la proporción.
Monitorización de la pureza del hidrógeno en turbogeneradores refrigerados por hidrógeno .
Detección de pérdida de helio del recipiente de helio de un imán superconductor de resonancia magnética.
También se utiliza en la industria cervecera para cuantificar la cantidad de dióxido de carbono en las muestras de cerveza.
Se utiliza en la industria energética para cuantificar la cantidad (valor calorífico) de metano en las muestras de biogás.
Se utiliza en la industria de alimentos y bebidas para cuantificar y / o validar los gases de envasado de alimentos.
Se utiliza en la industria del petróleo y el gas para cuantificar el porcentaje de HC al perforar una formación.
Referencias
- ^ Grob, Robert L. Ed .; "Práctica moderna de la cromatografía de gases", John Wiley & Sons, C1977, pág. 228,
- ^ Budiman, Harry; Zuas, Omán (1 de enero de 2015). "Comparación entre GC-TCD y GC-FID para la determinación de propano en mezcla de gases" . Química de los procedimientos . 16 : 465–472. doi : 10.1016 / j.proche.2015.12.080 .
- ^ http://ipes.us/used/58904.pdf