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DETECTOR DE VOC POR PID

O detector de VOC por PID (photoionization detectors – PID) são detectores criados para medir vapores orgânicos voláteis (VOC) por fotoionização.

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DETECTOR DE VOC POR PID

Detector de VOC po PID Breathe Sistemas ar respirável

Detector de VOC po PID Breathe Sistemas ar respirável

O que é PID?

      O detector de VOC por PID (photoionization detectors – PID) são detectores criados para medir vapores orgânicos voláteis (VOC) por fotoionização. Nessa técnica é utilizada uma lâmpada que emite fótons com grande energia na faixa de freqüência do ultravioleta. Quando esses fótons são absorvidos pelas moléculas de gases que o atravessam, se dá a ionização das mesmas. A mecânica do detector de VOC por PID é tal que possibilita que os gases já ionizados pela lâmpada passem através de uma câmara que contém eletrodos capazes de transformar esse aglomerado de íons em milivolts proporcionais às concentrações de gases. Esses milivolts são amplificados e podem ser lidos nos equipamentos eletrônicos. Os principais diferenciais do detector de VOC por PID é a sua alta sensibilidade a baixas concentrações de vapores e gases de hidrocarbonetos e seu amplo espectro de compostos que podem ser detectados. Esses detectores são utilizados para detectar gases e vapores com acerto de algumas partes por bilhão (PPB) até 1% do volume total no ambiente, ou seja, geralmente 10 ppb a 10.000 ppm, dependendo da performance e aplicação do instrumento.

O são VOCs?

      Os Vapores Orgânicos Voláteis, ou compostos orgânicos voláteis (VOCs ou COV)  são compostos gasosos/vapores que contém carbono em sua estrutura molecular. A capacidade que os átomos de carbono têm de se combinar com outros átomos de carbono e outros elementos químicos cria a possibilidade de formação de milhares de compostos orgânicos. Quando esses compostos se encontram em estado líquido ou sólido nas condições normais de temperatura e pressão e que por algum motivo (aquecimento, por exemplo) passam para o estado gasoso (vapor) são chamados de compostos orgânicos voláteis, ou simplesmente VOCs. São exemplos desse tipo de compostos os lubrificantes minerais e sintéticos que após passarem pelo sistema de lubrificação de um compressor geram vapores residuais desse material. VOCs podem ainda ser compostos instáveis nas condições ambientais que facilmente evaporam como é o caso dos solventes das tintas, álcool etílico, gasolina, nafta e milhares de outros.Quando esses compostos são formados por átomos de carbono e hidrogênio dá origem aos hidrocarbonetos saturados (metano, etano, butano, etc.), ou insaturados, como por exemplo, o etileno e o acetileno. Quando esses compostos possuem átomos de carbono, hidrogênio e ainda oxigênio dão origem a mais uma infinidade de vapores orgânicos como os alcoóis, cetonas, éteres, aldeídos e alguns ácidos.  Quando ligados em cadeia hexagonal formam os perigosos aromáticos (benzeno, xileno e tolueno), utilizados nas indústrias de base em tintas, solventes e adesivos, pesticidas, fármacos, borrachas e detergentes. Quando esses compostos orgânicos se ligam a átomos metálicos são chamados de organometálicos, como por exemplo, o chumbo tetraetila.

  

O que mede um detector de VOC por PID ?

De modo geral, o detector de VOC por PID é bem utilizados na indústria para medir:

 O que o detector de VOC por PID não mede?

Devido seu princípio de funcionamento, os PIDs são capazes de ionizar algumas centenas de vapores orgânicos voláteis. Porém, existem alguns compostos difíceis de serem ionizados e por isso difíceis de serem mensurados por fotoionização. O detector de VOC po PID não são capazes de medir os gases inertes (N2, CO2, CO) porque não possuem energia suficiente para ionizá-los. Outros gases que também não são medidos são os gases nobres, gás natural (metano, propano, etano), alguns gases ácidos (HCl, HF, HNO3), O3 e o H2O2.

Seletividade x Sensibilidade do detector de VOC po PID

A principal limitação do detector de VOC por PID é a sua não seletividade aos compostos detectados. Apesar de extremamente sensível, os detectores de PID são pouco seletivos e em um processo que contenha uma grande gama de vapores orgânicos. Em uma mistura, o PID é incapaz de dizer exatamente quais os vapores orgânicos presentes e em que quantidades. Em outras palavras, se um detector de PID for exposto a uma pequena amostra de VOC isolada, ele é capaz de dizer com rapidez e com grande precisão qual a concentração da amostra, porém, caso o detector seja exposto a uma mistura de vapores orgânicos, em uma planta de óleo e gás, por exemplo, o detector medirá a mistura, mas será incapaz de medir um determinado VOC da mesma. Por isso, dizemos que ele é extremamente sensível, mas pouco seletivo.

 Fator de Correção do detector de VOC po PID

Como as propriedades de interação intermoleculares e ionização dos compostos são diferentes, o detector de VOC por PID mede cada composto com uma determinada intensidade. O fator de correção é uma relação que diz quanto vezes o PID é sensível em relação ao gás de calibração (gás alvo). Por exemplo: Considerando que um PID fora calibrado com uma concentração de 100 ppm de isobutileno (gás alvo), dizemos que esse instrumento medirá aproximadamente 0,5 vezes mais tolueno. Ou seja, se o instrumento for exposto a 100 ppm de tolueno, o display do instrumento calibrado com 100ppm de isobutileno indicará 150 ppm, devido o fator de correção entre o tolueno e o isobutileno. Ou ainda, que o instrumento mediria 9,7 vezes menos amônia, comparado com a amostra de isobutileno. Caso o PID fosse exposto à mesma concentração de amônia com o instrumento calibrado para isobutileno e indicasse 10 ppm desse gás, significaria dizer que a concentração de amônia no ambiente é de:

CNH3 = 9,7 x 10 ppmisobutileno = 97 ppm NH3

Por que calibrar um detector de VOC por PID usando isobutileno?

Devido o amplo espectro de compostos que pode ser medido com detector de VOC por PID é necessário que se utilize um gás de calibração alvo que se encontre próximo ao centro do espectro de gases e vapores ionizáveis para que dessa maneira o instrumento seja capaz de medir toda a gama de compostos. Além disso, é preciso que o gás de calibração seja pouco agressivo e tóxico aos técnicos e profissionais envolvidos com o processo de aferição, ajuste e calibração desses instrumentos.  Por conta disso, a maior parte dos detectores por fotoionização utiliza o isobutileno para essa finalidade. As propriedades químicas de ionização do isobutileno, o fazem um gás ideal e padrão para calibração de instrumentos para medir vapores orgânicos voláteis.

Aplicação e Otimização dos Instrumentos

Com os avanços da medicina e dos estudos dos riscos e doenças relacionadas pela exposição ocupacional a determinadas substâncias, os órgãos governamentais tem sido mais rigorosos e apresentado limites de exposição cada vez mais claros e objetivos para determinados compostos. Só para citar um caso, o benzeno é uma substância que não possui limite de exposição definido pela NR15 e considera-se que qualquer exposição ocupacional a ela. Os estudos dizem que seja qual for o tempo e periodicidade da exposição ao benzeno, alguns indivíduos podem desenvolver ou acelerar os processos de mutação de células e com isso um câncer.  Por conta disso, muitos fabricantes tem otimizado seus instrumentos na tentativa de criar detectores seletivos com o PIDs. Alguns instrumentos voltados exclusivamente à detecção de benzeno vem com filtros químicos incorporados à admissão dos gases afim de reter a maior quantidade possível de vapores orgânicos com exceção dos aromáticos, por exemplo.

detector de VOC

detector de VOC

O campo de aplicação do detector de VOC por PID é enorme, abaixo é citado alguns campos de aplicação desses instrumentos:

Produtos e Soluções Breathe que utilizam detector de VOC por PID

A Breathe  possui seu próprio detector de VOC por PID.  Para sistemas de ar respirável fixo, móvel ou portátil o detector multigases de leitura direta XAR8000 pode vir equipado com o detector de VOC por PID.  Utilizamos o mesmo sensor que os maiores fabricantes de equipamentos de segurança industrial do mundo utilizam.

Detector multigases para ar respirável XAR8000 - Breathe

Detector multigases para ar respirável XAR8000 – Breathe

Veja algumas características técnicas do detector de vapores orgânicos voláteis (VOC) por fotoionização (PID) da Breathe:

Performance

Faixa

Menor nível de detecção 100 ppb / 0,1 ppm (isobutileno)
Saturação (overrange) 6000 ppm (isobutileno)
Tempo de resposta (t90)  < 3 segundos
Gases alvo (target gases) gases com potencial de ionização < 10.6 e.V

Para conhecer os estudos de caso, notas de aplicação e detalhes técnicos consulte o Breathe Labs.

Vídeos do XAR8000

Bibliografia: 

  1. Application Note AP-214 rev 3 12-05 Environmental Applications For PIDs – Rae Systems
  2. Dräger’s Guide to Portable Gas Detection – Drager
  3. Application Note. Rae Systems PID Training Outline – Rae Systems
  4. Acervo Pessoal – Blog Ar respirável
  5. Práticas de Laboratório e Desenvolvimento de Produtos – Breathe Sistemas de Ar Respirável 
  6. Interntional Sensor Technology. Photoionization Detector.  Acessado em: 09/12/2013. Disponível em: <http://www.intlsensor.com/pdf/photoionization.pdf>
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