Por Daniel Mullen
Detectar moléculas a niveles de ppb o ppt es como encontrar una aguja en un pajar. Sin embargo, este es exactamente el nivel de sensibilidad requerido en una variedad de aplicaciones de monitorización de gases, como la detección de contaminantes en gases utilizados en la producción de semiconductores, o la medición de contaminantes y emisiones atmosféricas peligrosas en aplicaciones de salud y seguridad medioambiental. Tradicionalmente, se han utilizado métodos como la cromatografía de gases (GC) y la espectrometría de masas GC (GC-MS) para este fin, pero, como estas técnicas no pueden cumplir los requisitos de rendimiento para la monitorización en línea, deben considerarse otras opciones en esos entornos. La espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) ofrece una alternativa más rápida, pero, hasta hace poco, estos instrumentos no podían proporcionar la sensibilidad necesaria para muchas aplicaciones. La espectroscopia óptica mejorada de infrarrojos por transformada de Fourier (OE-FTIR) puede ayudar a superar estos problemas, proporcionando resultados procesables en tiempo real y límites de detección en el rango de ppb a ppt.
Identificado por el espectro
La espectroscopia FTIR es un método analítico robusto que permite mediciones de gases tanto cualitativas como cuantitativas. La columna vertebral de este método es el espectro revelador, una colección de picos a energías específicas, que cada molécula genera cuando se expone a la radiación infrarroja (IR). Estos espectros son únicos para cada compuesto y, por lo tanto, pueden utilizarse para identificar las especies que están presentes en la mezcla de gases. Además, dado que la intensidad de los picos es proporcional a la cantidad de un compuesto específico presente, también es posible determinar las concentraciones.
Rápido y dinámico, alta sensibilidad
Una de las principales ventajas del FTIR es la velocidad; el gas se sondea continuamente con un haz de infrarrojos a medida que fluye a través del espectrómetro, lo que permite realizar mediciones en tiempo real. Además, los analizadores FTIR no necesitan calibración ni conocimientos especializados para su uso. Esto es diferente de técnicas como GC y GC-MS, en las que se debe recoger una muestra y enviarla a un laboratorio remoto para que la analice un especialista. Otra ventaja de la tecnología FTIR es su amplio rango dinámico, que le permite manejar grandes variaciones en composiciones y concentraciones, desde altos porcentajes hasta ppb.
Como se mencionó anteriormente, la espectroscopia FTIR no ofrecía anteriormente la sensibilidad necesaria para su uso en aplicaciones de semiconductores o de control medioambiental, por lo que el uso de esta tecnología no está muy extendido en estas áreas. Sin embargo, existen analizadores de gases que se han desarrollado específicamente teniendo en cuenta estas aplicaciones, utilizando tecnología de mejora óptica (OE) para mejorar drásticamente la relación señal-ruido (SNR) del analizador. Esto permite a los instrumentos detectar algunos compuestos en concentraciones de hasta 100 ppt, ofreciendo todas las ventajas de la FTIR con límites de detección que rivalizan con la GC-MS.
Resumen
Los analizadores de gases FTIR-OE de alta gama son fáciles de configurar y pueden estar plenamente operativos al día siguiente de su instalación. Estos sistemas vienen completamente calibrados, no requieren técnicos o químicos especializados para su funcionamiento y pueden generar datos analíticos de alta calidad desde el principio. Muchos vienen con software integrado que permite la recopilación, el análisis y la presentación de informes automáticos de datos, con algoritmos que utilizan análisis de regresión, como el método de mínimos cuadrados, para permitir la fácil identificación y cuantificación de cada compuesto en la muestra.
Muchas aplicaciones, como la monitorización ambiental o el control de la pureza del gas en la producción de semiconductores, se basan en el análisis ultrasensible de gases. La cromatografía de gases (GC) y la cromatografía de gases acoplada a la espectrometría de masas (GC-MS) solían ser las únicas candidatas para este trabajo, ya que eran las únicas soluciones que ofrecían suficiente sensibilidad. Sin embargo, los recientes avances en la tecnología de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) han colocado a los analizadores FTIR en la lista de los principales candidatos. Estos sistemas pueden proporcionar la misma sensibilidad que la GC o la GC-MS, pero ofrecen importantes ventajas para las aplicaciones de monitorización de gases en línea, como un mayor rendimiento y una mayor facilidad de uso.
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