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O poder misterioso dos detectores de condutividade térmica: como detectar componentes ocultos em gases?
O detector de condutividade térmica (TCD), também conhecido como catarômetro, é um dispositivo de detecção amplamente utilizado em cromatografia gasosa. Este detector detecta mudanças na condutividade térmica do efluente da coluna e as compara com a condutividade térmica de um gás transportador de referência. Como a condutividade térmica da maioria dos compostos é muito menor do que a dos gases transportadores comumente usados (como hélio ou hidrogênio), quando o analito elui da coluna, a condutividade térmica do efluente diminui, resultando em um sinal detectável.
Como funciona
O coração de um TCD é uma bobina aquecida eletricamente e com temperatura controlada, localizada dentro do sensor do detector. Em circunstâncias normais, o calor da bobina fluirá continuamente para o corpo do detector. Entretanto, à medida que o analito flui para fora e a condutividade térmica do efluente diminui, a temperatura da serpentina aumentará, causando uma alteração em sua resistência. Essa mudança na resistência é normalmente detectada por um circuito de ponte de Wheatstone, que produz uma mudança de voltagem mensurável.
No projeto clássico do detector de condutividade térmica, um fluxo de referência flui sobre um segundo resistor em um circuito de ponte, que compensa o desvio causado por flutuações de fluxo ou temperatura. Após as colunas serem separadas, o TCD gera picos com base na concentração dos compostos que fluem através dele, e suas posições e áreas são relacionadas ao tipo e à concentração dos compostos, respectivamente.
Todos os compostos orgânicos e inorgânicos têm condutividades térmicas diferentes daquelas do hélio ou do hidrogênio, então quase todos eles podem ser detectados.
Detector multiuso
O TCD é frequentemente chamado de "detector universal" e é usado em cromatografia para medir a concentração de cada composto em uma amostra. Ao contrário de um detector de ionização de chama (FID), que reage apenas a compostos inflamáveis, um TCD pode detectar todos os compostos, independentemente de terem ou não ligações carbono-hidrogênio. Embora o TCD e o FID sejam comparáveis em sua capacidade de detectar concentrações muito baixas (subppm ou ppb), o TCD é mais adequado para uso com hélio como gás transportador devido aos riscos de armazenamento do hidrogênio, especialmente em áreas altamente sensíveis.
TCD é uma técnica não específica e não destrutiva que pode ser usada para analisar gases permanentes, como argônio, oxigênio, nitrogênio e dióxido de carbono, que não podem ser detectados por FID.
Considerações operacionais
Uma observação importante ao operar um TCD é nunca interromper o fluxo de gás se a serpentina de aquecimento superaquecer, pois isso fará com que a serpentina queime. Embora as bobinas TCD sejam geralmente passivadas quimicamente para evitar reações com oxigênio, a camada de passivação pode ser danificada ao encontrar compostos halogenados, portanto, a análise desses compostos deve ser evitada o máximo possível. Se analisar hidrogênio, o sinal de hidrogênio aparecerá negativo quando o gás de referência for hélio. Isso pode ser evitado usando argônio ou nitrogênio, embora isso reduza muito a sensibilidade do detector a outros compostos.
Âmbito de aplicação
Os detectores de condutividade térmica são usados em muitas áreas, incluindo testes médicos de função pulmonar, análise de cromatografia gasosa e até mesmo na indústria cervejeira para medir a quantidade de dióxido de carbono em amostras de cerveja. Ele também pode ser usado para monitorar a pureza do hidrogênio em geradores de turbinas a vapor resfriados a hidrogênio, detectar perdas de hélio em tanques de hélio supercondutores de ressonância magnética e quantificar o valor de aquecimento do metano em amostras de biogás na indústria de energia.
Na indústria de alimentos e bebidas, o TCD pode ser usado para quantificar ou verificar a composição de gases de embalagens de alimentos, enquanto na indústria de petróleo e gás, ele é usado para quantificar a porcentagem de hidrocarbonetos capturados durante o processo de perfuração.
À medida que a tecnologia avança, esses detectores não estão apenas melhorando os processos industriais existentes, mas também nos proporcionando uma compreensão mais profunda do mundo químico ao nosso redor. Que tipo de mudanças essa tecnologia trará no futuro?
