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| "Tecnología Open Path para el control de Benceno, Tolueno, Etil-benceno y Xileno (BTEX), equipos de alta tecnología que por primera vez están siendo operados en el país" | ||||||||||
Durante los últimos años, el monitoreo de la calidad de aire se ha convertido en uno de los pilares fundamentales de los programas de control y saneamiento ambiental y mejora de las condiciones del entorno en que se desarrollan las actividades sociales. Los primeros pasos en nuestro país fueron dados hace años con el establecimiento de estaciones y redes de monitoreo en las principales ciudades, muchas de las cuales siguen activas y en permanente actualización. De lo más destacable de esa actualización es la incorporación de los Analizadores Multigas del tipo Open-Path SANOA DOAS durante el año 2012 y lo que va hasta este 2014, los cuales representan el “estado del arte” en cuanto a tecnología de Espectrometría de Absorción Óptica Diferencial (DOAS por sus siglas en inglés) de Radiación UV/Visible. SANOA, fabricado por ENVIRONNEMENT S.A., la multinacional francesa que siempre marca tendencia en innovación tecnológica y para la cual SIAFA es representante exclusivo en Argentina, mide simultáneamente un considerable número de contaminantes, incluidos los de criterio y Compuestos Orgánicos Volátiles como BTEX, por ejemplo. El instrumento analiza la absorción de un haz de luz por parte de los componentes químicos atmosféricos a través de un camino óptico de monitoreo de varios cientos de metros entre la fuente de luz y un receptor óptico. La concentración de esos componentes se determina procesando un análisis matemático del espectro. El método destaca por las siguientes ventajas.
Especificidad Alta sensibilidad Alta precisión Medición simultánea de varios contaminantes Fotografía exacta de la contaminación del aire, sin alteraciones debidas a las condiciones ambientales Alto nivel de confiabilidad Mantenimiento reducido SANOA cuenta con la designación de la US EPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos) como Método Equivalente Automatizado. Los números de designación pueden corroborarse en línea en el link http://www.epa.gov/ttnamti1/files/ambient/criteria/reference-equivalent-methods-list.pdf, así: EQSA-0400-138 para SO2 EQSA-0400-137 para O3 EQSA-0400-139 para NO2 |
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Con un diseño exclusivo, SANOA consta de partes separadas y portátiles: Un proyector telescopio integrado Un receptor auto contenido en el que se incorporan las partes ópticas, el espectrómetro, el detector y la electrónica para la adquisición y análisis del espectro No se requiere protección adicional. SANOA es realmente una unidad de medición diseñada para operación en exteriores Una computadora para visualización en tiempo real y procesamiento y análisis posterior de los datos, equipada con el software multitarea VisionAIR™. Esta unidad se utiliza también para controlar el instrumento
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Puede descargar el folleto comercial haciendo clic a continuación: SANOA
A diferencia de los sistemas “open path” convencionales, SANOA utiliza un arreglo de diodos de bajo ruido como detector. Esta tecnología presenta muchas ventajas. En particular, permite la captación simultánea en tiempo real de todo el espectro sin necesidad de barrido (no hay partes móviles), obteniendo así una imagen real de la contaminación del aire con el tiempo. Otra de las ventajas más importantes es la posibilidad de recuperar en cualquier momento el espectro gracias a que toda la información es reunida durante la medición. Esta característica exclusiva permite el análisis posterior de cualquier dato incluido en el espectro. Además, SANOA es altamente recomendado y muy conveniente para programas de monitoreo ya que permite ser actualizado para nuevos contaminantes. La implementación de otros componentes de medición es llevada a cabo sin cambios en el hardware, lo cual implica un muy bajo costo y evita el retorno a fábrica.
Tal lo indicado en los procedimientos de la US EPA para la auditoría de monitores “open path” (“Ambient Air Quality Surveillance Siting Criteria for Open Path Analyzers”; Federal Register, Vol 59, N° 159, Aug 18, 1994; pp 42551-42552), SANOA cuenta con una celda abierta localizada en el camino óptico del instrumento para controlar el correcto funcionamiento con la ayuda de cilindros de gas certificados. En la tabla a continuación se indican los límites de detección de SANOA para diversos contaminantes de interés expresados sobre una longitud de 250 o 500 m.
APLICACIONES
Con unidades en funcionamiento alrededor del mundo, SANOA es parte integral de las principales y más reconocidas redes de monitoreo a nivel urbano e industrial.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
NOCIONES GENERALES DE ESPECTROSCOPÍA La identificación de los gases en la atmósfera y la medición de su concentración mediante la técnica de espectroscopía están basadas en la observación de las características absorbentes específicas de las moléculas del gas. Estas características son una función de la longitud de onda definida como Absorción de secciones específicas, usualmente denominada σ(λ). Los valores de estas secciones transversales han sido el centro de varias investigaciones y los resultados publicados en varias revistas científicas. El procedimiento de medición de dichas secciones específicas consiste en colocar una celda que contiene una concentración conocida de gas entre una lámpara de espectro Io(λ) y un espectrómetro. El espectro observado I(λ)está relacionado, en virtud de la ley de Beer-Lambert, con la concentración N del gas y la longitud L de la celda.
Las secciones específicas de cada una de las especies de gas es calculada a partir de la siguiente ecuación:
Conociendo el valor de σ(λ) es posible evaluar la concentración de un gas desconocido tanto dentro de la celda como a lo largo de un camino óptico en la atmósfera. Sin embargo, este método, llamado espectroscopía de absorción absoluta, requiere que se conozcan el espectro de emisión de la lámpara Io(λ) y la subsecuente eliminación del contaminante del camino óptico. En realidad, este método no es del todo aplicable a la medición con un camino óptico largo en la atmósfera ya que las moléculas de gas y las partículas de polvo atenúan el haz de luz por difracción. Este fenómeno provoca un cambio en la transmisión a través de la atmósfera. Una técnica “diferencial”, que se ajusta más a la medición de gases para caminos ópticos atmosféricos largos es la llamada “Espectrometría por Absorción Óptica Diferencial” (DOAS del inglés Differential Optical Absortion Spectrometry).
PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL DOAS
Esta técnica de medición no necesita de la medición de la intensidad de la luz Io(λ) antes de que haya absorción. El principio consiste en el estudio de finas estructuras de absorción espectral, específico para cada molécula de gas, después de sustraer la atenuación del ancho de banda mediante el uso de cálculos matemáticos apropiados. Esquemáticamente, con el filtro matemático apropiado, se estudia la diferencia Dσ(λ) entre la sección específica absoluta σ(λ) y su valor promedio suavizado y(λ) .
El valor de interés es Dσ(λ) el cual retiene las estructuras de absorción más finas, y es llamado diferencial de absorción de la sección específica. El mismo tratamiento matemático es aplicado al espectro de la luz detectada con el propósito de obtener el diferencial de absorción del espectro en la atmósféra.
La concentración del gas presente en la atmósfera se obtiene comparando el diferencial de absorción del espectro DS(λ) con el diferencial de las secciones específicas.
El valor del producto L*N se obtiene por correlación de mínimos cuadrados entre el diferencial de absorción espectral atmosféricay el diferencial de la sección específica. Conociendo la distancia L entre la fuente de luz y el espectrómetro, es posible calcular la concentración N de moléculas de un determinado gas.
El método de correlación de los mínimos cuadrados tiene la ventaja de ofrecer simultáneamente un intervalo de confianza que es una estimación del error en la medición de la concentración. No obstante, este método se mantiene fiable mientras un solo componente absorba en la ventana de la longitud de onda.
En realidad, en la atmósfera, pueden encontrarse las señales de moléculas de varios gases con diferentes secciones específicas en el mismo rango espectral. La diferenciación entre ellas se logra con un método secuencial, el cual consiste en la identificación de cada molécula, una por una, y extrayendo sus señales del espectro inicial. Este procedimiento se repite hasta que todas las interferencias hayan sido eliminadas. Por ejemplo, en el caso de tolueno y ozono, la sección específica de absorción tiene una gran cantidad de interferencias cruzadas.
El diferencial del espectro de absorción óptico de dicha mezcla consiste en un grupo de señales cuyo análisis espectral involucra encontrar las contribuciones relativas de tolueno y ozono.
La primera etapa consiste en redefinir el diferencial del espectro de absorción, empezando por el espectro de absorción absoluto, y usando coeficientes matemáticos de filtrado de "mejor ajuste" con el objetivo de recrear las señales del tolueno y minimizar las de los otros componentes. Una primera correlación se lleva a cabo entre este diferencial del espectro de absorción y el de la sección específica de tolueno.
Si el grado de correlación entre las dos señales es satisfactorio, el valor aproximado C1 de concentración de tolueno es almacenado, en un extremo, y removido del espectro inicial, en el otro.
Durante la segunda etapa del análisis, se lleva a cabo un procedimiento idéntido para la medición de ozono, utilizando coeficientes de filtrado que se ajuste a esta sección específica. De manera similar, se determina una primera aproximación C2 de la concentración de ozono y se remueve subsecuentemente del espectro inicial.
En general (para más de dos componentes) este procedimiento es el que se lleva a cabo para el grupo de compuestos analizados. De esta manera, el espectro global se halla "despojado" de la absorción de los diferentes contaminantes. A partir de este nuevo espectro global, la secuencia analítica se ejecuta por segunda vez para lograr el refinamiento de las medidas de concentración de los contaminantes, así como sus coeficientes de correlación. La tercera etapa refina la medida de tolueno...
... y la cuarta etapa refina la medida de ozono
Con el fin de elminar por completo las interferencias entre estos dos componentes, se repite la secuencia analítica hasta que se obtiene convergencia en cada coeficiente de correlación, así como los valores de la concentración de esos contaminantes.
En la atmósfera, la contaminación no proviene sólo de los distintos contaminantes, sino que también provienen de la luz solar ambiente la cual parasita el espectro de absorción. Su eliminación se completa de la misma manera, usando las líneas Fraunhofer específicas del espectro solar como equivalentes a la sección específica de una absorción molecular.Para más información
Al final del análisis, después de que todas las señalas identificadas han sido removidas, sólo queda un espectro residual. Las señales de componentes desconocidos son las únicas presentes y pueden ser identificadas luego cuando así se requiera.
VERIFICACIÓN DE LAS MEDICIONES
Como se indicó previamente, la calibración del SANOA es absoluta y ligada a un estándar primario, representado por la sección específica de absorción de los distintos componentes. Sin embargo, esto es cierto solamente si los parámetros resolución espectral y longitud de onda del instrumento han sido ajustados correctamente. Por consiguiente, la única prueba de calibración a realizar in situ consiste en verificar que el espectrómetro esté correcamente ajustado.
Este chequeo de calibración se realiza una lámpara de mercurio de baja presión y comparando, con ayuda de un software apropiado, sus líneas espectrales constantes específicas contra el espectro de referencia provisto por el fabricante. La configuración óptima es alcanzada cuando los dos espectros están superpuestos.
La calidad de la configuración y, por consiguiente, la confiabilidad de las mediciones puede ser verificada en cualquier momento, mientras el instrumento esté operando, siguiendo ciertos parámetros medidos a medida que sus gráficos se muestran en la pantalla .
- Observando el valor de concentración de O2 con algunas bandas espectrales características
- Identificando y evaluando el espectro de emisión de una lámpara de Xenón la cual tiene un pico característico a los 294 nm. La medición de su intensidad, que depende levemente de la temperatura de la fuente, permite al usuario verificar el correcto funcionamiento del instrumento.
- Observando la desviación estándar de cada componente. Estos valores son típicos de la correlación entre el diferencial dele espectro y el diferencial de la seccion específica de cada componente. Si el valor digital es muy significativo, la medición es rechazada automáticamente.
- Observando el espectro residual, disponible para ser visualizado en cualquier momento, lo cual permite al usuario que todas las especies absorbentes han sido correctamente identificadas y removidas. Una rápida mirada a los gráficos residuales le permite al usuario verificar, por ejemplo, si la medición de un valor elevado de un componente u otro es correcta y eventualmente identificar la presencia de especies desconocidas. Este procedimiento es la base para la introducción de nuevos componentes en el análisis espectral.
- Finalmente, contrastando las mediciones utilizando muestras estándar. Esta contrastación consiste en la colocación de una celda sellada con una concentración de gas conocida en el haz de luz. La manera más simple, gracias a su buena estabilidad química, es usar una celda rellena con dióxido de azufre (SO2).
SANOA registra de modo automático los datos válidos.
MODO DE OPERACIÓN
Gracias a su microprocesador incorporado, el sistema es totalmente autónomo durante la ejecución de una secuencia de medición. Con el propósito de mejorar la relación señal/ruido, después de cada adquisición del espectro atmosférico, el sistema cierra el obturador para obtener el espectro oscuro actual que va a ser sustraido del espectro atmosférico. Por lo tanto, un ciclo completo de medición incluye:
- Adquisición de todo el espectro (200 a 375 nm) - Medición del espectro oscuro actual - Adquisición de espectro ultra violeta (200 a 280 nm) - Medición del espectro ultra violeta oscuro actual - Ajuste del ancho de banda de los dos espectros - Aplicación de la ley de Berr-Lambert sobre el espectro total - Aplicación de la ley de Berr-Lambert sobre el espectro ultra violeta - Validación de los datos de concentración, basado en sus valores de desviación estándar - Almacenamiento de los datos de concentración y espectro en la memoria RAM
La adquisición por separado del espectro ultravioleta con un tiempo de exposición optimizado permite mejorar la relación señal/ruido en el rango de longitud de onda donde la intensidad de la luz de la fuente de xenon es más débil. Este proceimiento aumenta la precisión de las mediciones llevadas a cabo en el dominio espectral.
Si usted desea más información sobre SANOA, lo invitamos a descargar el folleto comercial haciendo clic a continuación SANOA y a comunicarse con Siafa en cualquier momento vía mail a ventas@siafa.com.ar vía telefónica al 011 4684 2232 FUENTES.
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NotiSiafa N° 367. 9 de JULIO de 2014.