ES2211324B1 - Procedimiento de analisis en continuo de compuestos poliaromaticos en caliente y en fase gas y un dispositivo para su puesta a punto. - Google Patents
Procedimiento de analisis en continuo de compuestos poliaromaticos en caliente y en fase gas y un dispositivo para su puesta a punto.Info
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Abstract
Procedimiento de análisis en continuo de
compuestos poliaromáticos en caliente y en fase gas y un
dispositivo para su puesta a punto.
Procedimiento de análisis para identificar y
cuantificar
compuestos poliaromáticos en continuo, mediante espectroscopia de fluorescencia en caliente y fase gas, que incorpora una celda especialmente diseñada y cuya disposición hace máxima la señal de fluorescencia, para un flujo de poliaromáticos en la corriente de gases constante y estable. Es útil en procesos de generación de energía donde la concentración de los poliaromáticos es baja y con un menor costo por análisis, que los métodos convencionales gases-masas utilizados hasta ahora y que trabajan en discontinuo.
compuestos poliaromáticos en continuo, mediante espectroscopia de fluorescencia en caliente y fase gas, que incorpora una celda especialmente diseñada y cuya disposición hace máxima la señal de fluorescencia, para un flujo de poliaromáticos en la corriente de gases constante y estable. Es útil en procesos de generación de energía donde la concentración de los poliaromáticos es baja y con un menor costo por análisis, que los métodos convencionales gases-masas utilizados hasta ahora y que trabajan en discontinuo.
Description
Procedimiento de análisis en continuo de
compuestos poliaromáticos en caliente y en fase gas y un
dispositivo para su puesta a punto.
La invención se refiere a un nuevo procedimiento
de análisis de contaminantes orgánicos atmosféricos por
espectroscopia de fluorescencia en caliente y en fase gas, y
también al dispositivo utilizado para dicho análisis. Mas
concretamente, la invención se relaciona con el análisis en
continuo de contaminantes orgánicos tóxicos, específicamente
compuestos poliaromáticos.
En los últimos años, las normativas ambientales
han sido cada vez más restrictivas con respecto a las emisiones de
contaminantes atmosféricos emitidos en bajas concentraciones, como
los metales traza y los compuestos orgánicos volátiles, pero con
muy negativo impacto medioambiental debido a su toxicidad.
Así pues, las normativas han llevado a un
creciente interés en las emisiones tóxicas, cuyo aumento ha sido
paralelo al del consumo energético, transporte y electricidad, para
conseguir una calidad del aire que permita un menor impacto en la
salud de los ciudadanos. En el caso de las emisiones orgánicas
tóxicas, esta demostrada su naturaleza carcinogénica, mutagénica
y/o carcino/mutagénica, pero enormes limitaciones analíticas
dificultan y retrasan su implantación.
Entre las mayores dificultades se encuentran su
detección y cuantificación ya que, se emiten en concentraciones muy
bajas, ppm y ppb, y la durabilidad de su análisis que únicamente
permite hacerlo en discontinuo (1-7). A ello hay que
añadir un elevado costo por análisis.
Actualmente la técnica analítica utilizada, los
sistemas acoplados gases-masas (1,4), no resuelven
estas limitaciones sin embargo, si se conoce que la espectroscopia
de fluorescencia (3,5,6,7) presenta una mayor sensibilidad, una
mayor especificidad y un mayor rango lineal, pero no se había
descrito ni el procedimiento ni el dispositivo objeto en esta
patente para realizar el análisis de compuestos poliaromáticos en
fase gas, en caliente y en continuo.
1. Luks-Betlej, K.,
Chromatographia 1997, 45, 243.
2. Qian, K., Hsu, C.S., Anal.
Chem. 1992, 64, 2327.
3. Manoli, E., Samara, C.,
Chromatographia 1996, 43 (3/4).
4. Wise, S.A., Schantz, M.M.,
Benner, B.A., Hays, M.J., Schiller, S.B.,
Anal. Chem. 1995, 67, 1171.
5. Murayama, M., Dasgupta, P.K.,
Anal. Chem. 1996, 68 (7), 1226.
6. García, C., Pérez, J.L.,
Moreno, B., Anal. Chem. 1994, 66 (6), 874.
7. Kayali, M.N.,
Rubio-Barroso, S.,
Polo-Díez, L.M., Journal of
Chromatographic Science 1995, 33, 181.
La presente invención describe un procedimiento
para el análisis en continuo de compuestos poliaromáticos en
caliente y en fase gas mediante espectroscopia de fluorescencia que
comprende los siguientes pasos:
- -
- obtención de los espectros de excitación y emisión para cada uno de los compuestos poliaromáticos potenciales a analizar.
- -
- Selección de las longitudes de onda necesarias para la resolución de la mezcla.
- -
- Cálculo de las constantes de calibrado que relacionan la señal obtenida en el espectrofluorímetro con la concentración de cada poliaromático.
Y caracterizado porque al espectrofluorímetro se
le acopla un dispositivo especialmente diseñado, que permite que
la señal de fluorescencia para un flujo constante y estable de
compuestos poliaromáticos, en fase gas a alta temperatura sea
máxima.
Es útil en procesos de generación de energía,
transporte y procesos de combustión en general ya que permite la
resolución del análisis a muy bajas concentraciones y en
continuo.
La presente invención se basa en que los
inventores han observado que es posible identificar y cuantificar
compuestos poliaromáticos en continuo, mediante espectroscopia de
fluorescencia en caliente y en fase gas, utilizando un dispositivo
especialmente diseñado y que acoplado al espectrofluorímetro
permite una precisa resolución y cuantificación, en las condiciones
requeridas para el análisis de emisiones de compuestos
poliaromáticos en procesos de generación de energía.
Así, un objeto de la presente invención lo
constituye un procedimiento analítico de identificación y
cuantificación en continuo de compuestos poliaromáticos en caliente
y en fase gas mediante espectroscopia de fluorescencia
caracterizado porque:
- a)
- el análisis de espectroscopia de fluorescencia se basa en
- a.1.-
- la obtención de los espectros de excitación y emisión para cada uno de los compuestos poliaromáticos potenciales a analizar,
- a.2.-
- la selección de las longitudes de onda necesarias para la resolución de la mezcla cumpliendo los dos requisitos siguientes:
- i)
- evitar el quenching del filtro de entrada que implica la elección de la longitud de onda donde la absorción de un compuesto poliaromático no coincida con las de los otros compuestos, y
- ii)
- la señal de fluorescencia de cada compuesto poliaromático debe mostrar la máxima sensibilidad.
- a.3.-
- el cálculo de las constantes de calibrado que relacionan la señal obtenida por el espectrofluorímetro con la concentración de cada compuesto poliaromático, y
- b)
- porque al espectrofluorímetro que realiza las medidas se acopla un dispositivo especialmente diseñado que permite que la señal de fluorescencia para un flujo constante y estable de compuestos poliaromáticos, en fase gas a alta temperatura, sea máxima.
Tal como se utiliza en la presente invención el
término "compuestos poliaromáticos" se refiere a compuestos
poliaromáticos conteniendo de 2 a 5 anillos aromáticos en su
estructura, emitidos en procesos de generación de energía,
transporte y procesos de combustión en general, pertenecientes
entre otros al siguiente grupo de los hidrocarburos poliaromáticos
priorizados por la USEPA, Agencia de Protección Medioambiental de
los Estados Unidos, con actividad cancerígena: naftaleno, fluoreno,
fenantreno, antraceno, fluoranteno, acenafteno, acenaftileno,
criseno, benzoperileno, benzo(k)fluoranteno,
benzo(b)fluoranteno, benzoantraceno, indenopireno,
dibenzoantraceno, benzopireno y pireno. El término "compuestos
poliaromáticos" en la presente invención se hace extensivo
igualmente a hidrocarburos poliaromáticos, a mezclas complejas de
los mismos y a compuestos poliaromáticos en general, así como sus
correspondientes derivados nitrogenados, oxigenados y/o con
azufre.
El término "en caliente y en fase gas", tal
como se utiliza en la presente invención, se refiere a que el
análisis se realiza a la temperatura de salida de los gases de la
chimenea o tubo de escape.
La elección de longitudes de onda donde la
absorción de un compuesto poliaromático no coincida con las de los
otros (i) requiere conocer las longitudes de onda de cada uno de
los compuestos poliaromáticos puros. Por otro lado, el utilizar la
adecuada longitud de onda en cada caso permitirá obtener una señal
de fluorescencia para cada compuesto poliaromático con una máxima
sensibilidad (ii) para así poder evitar posibles problemas en la
cuantificación.
Una vez seleccionadas las longitudes de onda, se
pueden obtener las constantes de calibración que relacionan la
señal del correspondiente poliaromático obtenida en el
espectrofluorímetro con su concentración. En todos los casos
estudiados, los coeficientes de correlación fueron superiores a
0.98. Las constantes de calibración son función del compuesto
poliaromático estudiado, de la longitud de onda seleccionada y del
flujo de gas en el interior del dispositivo.
En estas condiciones experimentales utilizadas,
se cumple que la intensidad de fluorescencia a cada longitud de
onda, es igual a la suma de las intensidades de fluorescencia de
cada uno de los compuestos, donde sus constantes de calibrado se
obtienen a partir de los compuestos puros, de forma que en un caso
general se cumple que
\newpage
I^{\lambda 1}
= K_{HAP1}^{\lambda 1} * C_{HAP1} + K_{HAP2}^{\lambda 1} * C_{HAP2}
+ .................... + K_{HAPn}^{\lambda 1} *
C_{HAPn}
I^{\lambda 2}
= K_{HAP1}^{\lambda 2} * C_{HAP1} + K_{HAP2}^{\lambda 2} * C_{HAP2}
+ .................... + K_{HAPn}^{\lambda 2} *
C_{HAPn}
................................................. .
.
................................................. .
.
................................................. .
.
(1)I^{\lambda
n} = K_{HAP1}^{\lambda n} * C_{HAP1} + K_{HAP2}^{\lambda n} *
C_{HAP2} + .................... + K_{HAPn}^{\lambda n} *
C_{HAPn}
Donde:
- I^{\lambda i} es la intensidad medida por el detector de fluorescencia a cada una de las longitudes de onda.
- \lambda1 \lambda2, \lambda3, ........, \lambdan.
- K_{HAPi}^{\lambda i} es la constante de proporcionalidad obtenida a partir de las calibraciones de los compuestos puros para cada longitud de onda y cada flujo de gas portador.
- C_{HAPi} es la concentración de cada HAP (Hidrocarburo Aromático Policíclico) a lo largo de la experiencia.
Un objeto adicional de la presente invención lo
constituye un dispositivo especialmente diseñado para la puesta a
punto del procedimiento de la presente invención, y que se trata
de una celda/célula (en adelante celda). Su construcción se realizó
con aluminio y tiene la forma de un paralepípedo con unas
dimensiones de 60 x 23 x 80 mm. Consta de dos orificios para la
entrada y salida de gases, dos ventanas de cuarzo situadas
perpendicularmente, que permiten la medida del flujo de gas por
fluorescencia en el rango UV-visible, y una
resistencia eléctrica que permite el calentamiento de la celda a la
temperatura deseada en un rango de 50-300ºC, o más
preferentemente entre 125-200ºC, con una exactitud
de \pm1ºC. La temperatura se mide con un termopar y se controla
con un PID, lo que evita fluctuaciones no deseadas que podrían
afectar la señal de fluorescencia.
La celda tiene una cavidad interior en forma de
L, formada por la unión de dos paralepípedos con unas dimensiones
de 30 x 5 x 10 mm dispuestos de manera que dan lugar a dos ventanas
situadas en un ángulo de 90º y que permiten la medida de la
fluorescencia en el rango de UV-Visible. Las
dimensiones del paralepípedo interior formado por la unión de los
dos anteriores son de 30 x 5 x 5 mm. En estas ventanas se colocaron
dos láminas de cuarzo (40 x 10) las cuales quedaron perfectamente
unidas al aluminio mediante la utilización de un pegamento de alta
temperatura (Araldit 7070). En esta celda, la entrada y la salida
de los gases en caliente se realizó a partir de dos orificios de
métrica 3 situados en la parte superior de la misma, y en la
perpendicular de la cavidad interior en forma de
L.
L.
La celda también consta de otros dos orificios
cilíndricos situados en su parte superior. El primero de métrica 10
permite la inclusión de una resistencia de bulbo de la misma
métrica y así realizar el calentamiento de la celda, y el segundo,
de métrica 3 en el que se dispone un termopar cilíndrico que nos
permite controlar la temperatura del proceso.
La celda se coloca en un espectrofluorímetro
comercial (en nuestro caso un Perkin-Elmer LS 50B)
de forma que permitiera la medida de la señal de fluorescencia en
un ángulo de 90º. Así, la señal de fluorescencia para una
corriente continúa de compuesto fluorescente a analizar fuera
máxima (1 ppm de tolueno); es decir, la longitud de los rayos
ópticos de excitación y emisión era máxima y estaban perfectamente
alineados como se puede apreciar en la Figura
3.
3.
Conseguida esta posición, la celda era
atornillada a una base metálica de forma permanente, que encajaba
con el diseño del espectrofluorímetro comercial. El diseño de la
pieza será variable dependiendo del sistema comercial utilizado
para la medida de fluorescencia.
Una vez fijada la celda, la corriente de gases a
cuantificar era elevada hasta la cubeta con la ayuda de tubos de
acero de ¼''. Estos tubos eran calorifugados a la temperatura
necesaria para que no dieran problemas de condensación mediante la
ayuda de varias resistencias, y eran unidos a la cubeta mediante
una rosca de ¼'' a su orificio de entrada de gases.
Finalmente, para obtener la concentración de los
compuestos poliaromáticos presentes en la mezcla de gases se
resuelve la matriz de datos de la ecuación (1). El rango de
concentraciones que se obtiene queda comprendido entre 1 ppb y las
100 ppm, en función de las parejas de longitudes de onda
seleccionadas y/o la anchura de las rendijas de los monocromadores
de excitación y emisión del aparato de medida.
Ambos, procedimiento y dispositivo, resuelven los
inconvenientes de los métodos convencionales del análisis, en
procesos energéticos donde la concentración de los poliaromáticos
es baja, permitiendo su detección y cuantificación de forma directa
a la salida de la chimenea/tubo de escape.
Hay que entender, sin embargo, que la invención
no se limita a las disposiciones o instrumentalizaciones precisas
mostradas en ellos, que son sólo una representación esquemática del
producto de la invención.
Las Figuras 1, 2 y 3 muestran el diseño de la
celda comprendida en la patente y el modo de colocación de este en
el espectrofluorímetro de modo que, las dos ventanas de cuarzo se
sitúan formando un ángulo de 90º para medir la fluorescencia en el
rango UV-visible. Las Figuras 4 y 5 muestran los
espectros de excitación y fluorescencia obtenidos para cada uno de
los compuestos que forman dos mezclas binarias. En un caso la
mezcla binaria analizada es de Naftaleno (Np) y Fluoranteno (Fl) y
en el otro de Antraceno (An) y Fenantreno (Phe).
Las Figuras 6 y 7 corresponden a una
representación esquemática del proceso de selección de longitudes
de onda para la resolución de las curvas de ruptura de dos mezclas
binarias. Una de las mezclas analizadas es de Naftaleno (Np) y
Fluoranteno (Fl) y la otra de Antraceno (An) y Fenantreno
(Phe).
La Figuras 8 y 9 muestran las señales obtenidas
en el espectrofluorímetro y la curva de ruptura obtenida por
aplicación de las ecuaciones anteriores, y posterior normalización
de los datos para las dos mezclas binarias. Una de ellas de
Naftaleno (Np) y Fluoranteno (Fl) y la otra de Antraceno (An) y
Fenantreno (Phe).
El procedimiento de análisis necesario para la
resolución de una mezcla binaria gaseosa de Naftaleno (Np) y
Fluoranteno (Fl) comienza en primer lugar con la obtención de los
espectros de excitación y fluorescencia (emisión) para cada uno de
los compuestos que forma la mezcla binaria. Estos espectros se
muestran en la Figura 4.
Una vez obtenidos los espectros de ambos
compuestos poliaromáticos el siguiente paso consiste en la
selección de las longitudes de onda necesarias para la resolución
de la mezcla binaria. Esta elección de las longitudes de onda más
adecuadas para el seguimiento de las curvas de ruptura binarias se
hizo a partir de la comparación de sus espectros de excitación y de
emisión, de forma que se cumplan dos requisitos:
- a)
- No se diera quenching debido al filtro interno de los compuestos. Para ello, se toman aquellas longitudes de onda en las que el espectro de absorción de un compuesto no coincide con el de fluorescencia del otro compuesto, evitándose así el fenómeno de transferencia de energía que da lugar al quenching por filtro interno. De este modo se asegura que las ecuaciones anteriores que permiten la obtención de las curvas de ruptura binarias, son aplicables a partir de las constantes de calibrado obtenidas para los compuestos puros. En la Figura 6, se muestran los espectros de fluorescencia normalizados de Np y Fl, así como el proceso seguido para la elección de las longitudes de onda más adecuadas. En esta figura, las zonas adecuadas para el seguimiento de las señales de cada compuesto poliaromático, y en las que los procesos por quenching de filtro interno se reducen, se muestran en color gris, bien sea como una zona sombreada para el caso del Np, o bien como una zona entre flechas para el Fl.
- b)
- Que la señal de fluorescencia de cada compuesto poliaromático tenga la máxima sensibilidad, para que no se presenten problemas para la cuantificación de las señales de fluorescencia. En todas las mezclas binarias la señal de fluorescencia final correspondiente a una concentración de \sim 0.8 ppm \pm 0.1 ppm, fue mayor que 10 veces la desviación estándar del blanco en esas condiciones de trabajo, lo que permitió la determinación correcta de la concentración de cada compuesto poliaromático en la mezcla. En la Figura 6 se muestran las longitudes de onda elegidas para la resolución de la mezcla Np y Fl, las cuales aparecen como flechas con el mismo color que sus respectivos espectros y corresponden al valor máximo de intensidad dentro de la zona en la que no se produce quenching por filtro interno.
Una vez conocidas las condiciones experimentales
en las que se realiza el registro de fluorescencia, se pasó a
calcular las constantes de calibrado que relacionaron la señal
obtenida en el espectrofluorímetro con la concentración de cada
compuesto poliaromático. Esta determinación se realizó a partir de
los compuestos puros.
Para llevar a cabo la calibración se tuvieron en
cuenta estas dos consideraciones:
En la Tabla 1 también se muestra el valor de la
línea base del registro de fluorescencia a cada longitud de onda.
Este valor se debe al diseño experimental de la celda de gases y se
resta de los valores de intensidad total obtenidos. El valor
absoluto resultante es el que se introduce en las ecuaciones
anteriores para la cuantificación de la mezcla de los compuestos
poliaromáticos.
Los valores absolutos de las constantes de
calibrado encontradas para cada compuesto poliaromático dependieron
de la pareja de longitudes de onda elegidas, si bien en todos los
casos estos valores son lo suficientemente sensibles para permitir
una adecuada resolución del registro de fluorescencia.
Naftaleno | \lambda (nm) | L_{rendijas} (nm) | I_{0} (u.r.) | K^{\lambda}_{HAP} [(u.r.)*min]/\mug | |||||
Fluoranteno | |||||||||
Exc | Em | Exc | Em | Np | \hfill Fl | ||||
\lambda_{1} | 260 | 370 | 15 | 20 | 54 | 1.4 | \hfill 0.10 | ||
\lambda_{2} | 275 | 425 | 15 | 20 | 22 | 0.10 | \hfill 1.6 |
A partir de estas constantes de calibrado se va a
poder llegar a conocer la concentración presente de ambos
compuestos poliaromáticos en una mezcla binaria de gases y por
tanto se van a poder aplicar a la resolución de diferentes
problemas como por ejemplo la obtención de las curvas de ruptura de
una mezcla binaria de Np y Fl sobre un carbón activo de alta
superficie específica para la limpieza de emisiones de HAP. En la
Figura 5 se muestra el registro de fluorescencia obtenido para esta
mezcla sobre un carbón activo en el que la concentración inicial de
ambos componentes es \sim 0.8 ppm.
La aplicación de este procedimiento analítico a
esta y otras mezcla binarias de compuestos poliaromáticos sobre
distintos materiales carbonosos permite conocer en este caso cuales
son los distintos parámetros de este proceso que controla la
eliminación de emisiones de mezclas de compuestos poliaromáticos en
sistemas contaminantes mediante adsorción.
En este caso partimos de una mezcla binaria
gaseosa de Fenantreno (Phe) y Antraceno (An), compuestos de igual
peso molecular y de difícil separación y cuantificación mediante
otros sistemas de detección como espectrometría de masas. La
obtención de los espectros de excitación y fluorescencia
normalizados se muestran en la Figura 5.
Manteniendo los mismos requisitos que en el
ejemplo anterior, para la elección de las longitudes de onda más
adecuadas, la Figura 7 muestra como para la resolución de la mezcla
binaria formada por Phe y An, las zonas seleccionadas quedan
representadas en el caso del Phe como dos zonas grises sombreadas y
para el An como dos zonas entre flechas grises.
Dentro de estos intervalos de longitudes de onda
se señalan mediante flechas aquellas que presentan mayor
sensibilidad y, por lo tanto, son más adecuadas para la resolución
de una mezcla binaria de Phe y An.
Una vez conocidas las condiciones experimentales
en las que se realiza el registro de fluorescencia, se pasó a
calcular las constantes de calibrado que relacionaron la señal
obtenida en el espectrofluorímetro, con la concentración de cada
compuesto poliaromático. Esta determinación se realizó a partir de
los compuestos puros.
Para llevar a cabo la calibración se tuvo en
cuenta que el valor de la línea base del registro de fluorescencia
a cada longitud de onda mostrado en la Tabla 2, se debe al diseño
experimental de la celda de gases y se resta por tanto de los
valores de intensidad total obtenidos. El valor absoluto resultante
es el que se introduce en las ecuaciones anteriores para la
cuantificación de la mezcla de compuestos poliaromáticos.
Los valores absolutos de las constantes de
calibrado encontradas para cada compuesto poliaromático dependieron
de la pareja de longitudes de onda elegidas, si bien en todos los
casos estos valores son lo suficientemente sensibles para permitir
una adecuada resolución del registro de fluorescencia.
Fenantreno | \lambda (nm) | L_{rendijas} (nm) | I_{0} (u.r.) | K^{\lambda}_{HAP} [(u.r.)*min]/\mug | |||||
Antraceno | |||||||||
Exc | Em | Exc | Em | Phe | \hfill An | ||||
\lambda_{1} | 235 | 370 | 15 | 20 | 72 | 6 | \hfill 12 | ||
\lambda_{2} | 235 | 390 | 15 | 20 | 23 | 4 | \hfill 15 |
A partir de estas constantes de calibrado se va a
poder llegar a conocer la concentración presente de ambos
compuestos poliaromáticos en una mezcla binaria de gases y por
tanto, se van a poder aplicar a la resolución de diferentes
problemas como por ejemplo la obtención de las curvas de ruptura de
una mezcla binaria de Phe y An sobre un carbón activo de alta
superficie específica para la limpieza de emisiones de compuestos
poliaromáticos. En la Figura 9 se muestra el registro de
fluorescencia obtenido para esta mezcla sobre un carbón activo en
el que la concentración inicial de ambos componentes es \sim 0.8
ppm.
Este procedimiento analítico no sólo permite
conocer el comportamiento que presentan mezclas binarias (múltiples
en un caso general) de compuestos fluorescentes durante su
adsorción sobre distintos adsorbentes sino que, se pueden obtener
datos experimentales en continuo de un proceso de adsorción de
mezclas múltiples, y cuya resolución es de gran dificultad
experimental.
Claims (7)
1. Procedimiento de identificación y
cuantificación de compuestos poliaromáticos en continuo, en fase
gas y en caliente, emitidos en procesos de generación de energía
mediante espectroscopia de fluorescencia caracterizado
porque el análisis está basado en los siguientes pasos:
- i)
- obtención de los espectros de excitación y emisión para cada uno de los compuestos poliaromáticos potenciales a identificar y a cuantificar,
- ii)
- selección de las longitudes de onda necesarias para la resolución de la mezcla cumpliendo los requisitos siguientes:
- -
- evitar el quenching del filtro de entrada, lo que implica la elección de longitudes de onda donde la absorción de un compuesto no coincida con la de los otros.
- -
- La señal de fluorescencia de cada poliaromático debe de mostrar la máxima sensibilidad para así poder evitar posibles problemas en la cuantificación.
- iii)
- cálculo de las constantes de calibrado que relacionan la señal obtenida por el espectrofluorímetro con la concentración de cada compuesto poliaromático
2. Procedimiento según reivindicación 1,
caracterizado además porque el análisis de espectroscopia se
realiza con una celda especialmente diseñada y acoplada al
espectrofluorímetro comercial, de forma que permite que la señal de
fluorescencia para un flujo constante y estable de compuestos
poliaromáticos, en fase gas a alta temperatura, sea máxima.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2
caracterizado porque los compuestos poliaromáticos
identificados y cuantificados contienen de dos a cinco anillos
aromáticos y pertenecen, entre otros, al siguiente grupo:
naftaleno, fluoreno, fenantreno, antraceno, fluoranteno,
acenafteno, acenaftileno, criseno, benzoperileno,
benzo(k)fluoranteno,
benzo(b)fluoranteno, benzoantraceno, indenopireno,
dibenzoantraceno, benzopireno y pireno, así como sus
correspondientes derivados nitrogenados, oxigenados y/o con
azufre.
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2
caracterizado porque permite identificar y cuantificar
compuestos poliaromáticos según la reivindicación 3, en mezclas
complejas.
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
la 4 caracterizado porque se realiza en caliente, entre unos
márgenes de temperatura de 50-300ºC, o más
preferentemente entre 125-200ºC.
6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a
la 4 caracterizado por su elevada especificidad para la
identificación y cuantificación de compuestos fluorescentes en
concentraciones muy bajas, entre 1 ppb y 100 ppm.
7. Celda para la puesta en marcha del
procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la
6, caracterizado porque comprende:
- -
- dos orificios que permiten la entrada y salida de los gases a analizar
- -
- dos ventanas de cuarzo perpendiculares que permiten la medida del flujo de gas por fluorescencia en el rango UV-visible, y
- -
- una resistencia eléctrica que permite el calentamiento de la celda a la temperatura deseada con una exactitud de +- 1ºC.
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Non-Patent Citations (2)
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CULLUM, B.M. et al. High-Temperature Fluorescence Measurements and Instrumentation for Polyaromatic Hydrocarbons (PAH): A Review. Polycyclic Aromatic Compounds, 2000, Vol. 18, páginas 25-47. * |
MASTRAL, A.M. et al. Analytical determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in gases from coal conversion by Synchronous Fluorescence Spectrometry. Analytical Letters, 1995, Vol. 28, Nº 10, páginas 1883-1895. * |
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