Métodos automáticos de análisis.
Clasificaciones.
Analizadores automáticos continuos y discontinuos.
Analizadores de procesos. Componentes.
Analizadores fotométricos, electroquímicos y cromatógrafos de procesos.
METODOS AUTOMATICOS DE ANALISIS
METODOS AUTOMATICOS DE ANALISIS
METODOS AUTOMATICOS DE ANALISIS : CLASIFICACIÓN
SEGUN SU METODOLOGIA
CONTINUOS
La muestra se introducen en un canal por el que fluye un liquido en el que esta disuelto el reactivo. El flujo pasa por el detector. La muestra origina una señal transitoria en forma de curva, su altura se relaciona con la concentración
DISCONTINUOS
La muestra se mantiene en un receptáculo (cubeta o pocillo), donde tienen lugar las etapas analíticas mecánicamente. Finalmente la muestra se lleva al detector
ROBOTIZADOS
Se basan en el uso de un robot controlado por un microprocesador que mimetiza las funciones de un operador en el desarrollo de un método de análisis
SEGUN SU VERSATILIDAD
MONOCANAL
Sirven para analizar un parámetro en cada muestra
MULTICANAL
Pueden analizar hasta 20 componentes en cada muestra. Disponen de una unidad de análisis con detector individual para cada parámetro
ESPECIFICOS
Sirven para determinar un único o un numero reducido de componentes en un mismo tipo de muestras
ANALIZADORES AUTOMATICOS DISCONTINUOS
EN SERIE
La muestra permanece en el mismo receptáculo tanto en las operaciones previas (dilución, adición de reactivo, mezcla), como en la detección.
Modelo RA-1000 (Technicon)
Consta de tres discos:
-Unidad central : Bandeja de reacción con 100 cubetas
2.-Disco de la izquierda : Plato de muestras (0.5 ml)
3.-Disco de la derecha: Plato de reactivos (25ml)
Las pipetas de aspiración , trasvasan muestras (3 a 20 µL) y reactivos (300 µL) a la bandeja central.
El detector es un colorímetro con filtros.
ANALIZADORES AUTOMATICOS DISCONTINUOS
EN PARALELO O CENTRÍFUGOS
La medida se lleva a cabo en una cubeta diferente al receptáculo donde se lleva a cabo el primer trasvase y tratamiento de la muestra
Analizador centrifugo 600 de Union Carbide
Consta de dos módulos separados , el dosificador de muestras y reactivos y el analizador , en el que se realiza la mezcla y la medida colorimétrica
ANALIZADORES AUTOMATICOS CONTINUOS
METODOS AUTOMATICOS CONTINUOS
FLUJO SEGMENTADO
Las muestras se aspiran secuencialmente, y entre ellas se sitúan burbujas de aire que separan las muestras entre si
Componentes esenciales
Sistema de toma de muestra
Sistema de propulsión
Sistema de separación
Sistema de calefacción
Sistema de eliminación de burbujas
Sistema de detección
ANALIZADOR DE FLUJO CONTINUO SEGMENTADO (CFA)
ANALIZADORES DE FLUJO CONTINUO NO SEGMENTADO
CON INYECCION :
ANALISIS POR INYECCION EN FLUJO (FIA)
Son una consecuencia de los métodos de flujo segmentado sin las burbujas de aire.
En la figura a se muestra un sistema FIA para la determinación colorimétrica de calcio en suero, leche y agua potable.
El tampón y el reactivo se mezclan en un serpentín antes de la inyección de la muestra.
En la figura b se muestran los fiagramas para tres muestras por triplicado y cuatro patrones por duplicado.
FLUJO NO SEGMENTADO
Las muestras se inyectan en el flujo. En la detección no se alcanza ni el equilibrio físico ni el equilibrio químico.
Se distinguen dos modalidades:
CON INYECCION :
Análisis por inyección en flujo (FIA )
Análisis por inyección en flujo segmentado, interrumpido y almacenado (SF/USA)
SIN INYECCION:
Análisis en flujo completamente continuo
ANALIZADORES DE FLUJO CONTINUO NO SEGMENTADO
CON INYECCION
ANALISIS POR INYECCION EN FLUJO (FIA)
En la figura se muestra un sistema FIA mas complicado, para la determinación de cafeína en preparados farmacéuticos después de su extracción con cloroformo. El cloroformo enfriado en un baño de hielo se mezcla con el canal alcalino de la muestra en un tubo en forma de T
ANALIZADORES DE FLUJO CONTINUO NO SEGMENTADO
SIN INYECCCIÓN :
EN FLUJO COMPLETAMENTE CONTINUO
( Ejemplo 1)
Analizador continuo de bajo caudal para la determinación de la DQO en aguas residuales.
En un sistema de cuatro canales, se introduce la muestra continuamente y se mezcla con un flujo de ácido, el catalizador y un oxidante.
El flujo mezclado llega finalmente al reactor de oxidación que esta sumergido en un baño de agua hirviendo donde reacciona durante 30 minutos.
La mezcla llega al detector electroquímico ,donde se registra la reducción electrolítica del permanganato.
ANALIZADORES DE FLUJO CONTINUO NO SEGMENTADO
SIN INYECCION :
ANALISIS EN FLUJO COMPLETA-MENTE CONTINUO (Ejemplo 2)
Equipo totalmente automatizado para controlar mercurio en aguas residuales.
Consta de dos bombas peristálticas.
La 2 manipula el aire la muestra y agua refrigerada que alimenta un condensador.
La 1 introduce tres reactivos.
La muestra se mezcla primero con ácido sulfúrico y con el oxidante.
Esta mezcla pasa a un reactor que se mantiene en un baño de agua a 80 º C.
En este reactor se oxidan los componentes orgánicos de la matriz y el Hg se transforma en Hg(II).
La disolución oxidada pasa a un segundo reactor después de haberse mezclado con una disolución de cloruro estannoso y una corriente de burbujas de aire.
La mezcla pasa a través de un separador gas-liquido que dirige el vapor hacia un condensador en el que se enfría a 0 ºC.
El vapor de Hg seco se lleva al detector (un fotómetro que mide su absorbancia a 253,7 nm).
La A se relaciona con la concentración de Hg y se va registrando con el tiempo.
ANALIZADORES DE PROCESOS : INTRODUCCION
Objetivo de la Química Analítica de Procesos
Conseguir a través de la automatización y miniaturización una mayor integración de la Química Analítica con los procesos industriales con objeto de suministrar mayor información acerca de los procesos químicos la cual puede ser utilizada para monitorizar, optimizar y controlar dichos procesos.
Analizadores de procesos
Son aparatos automáticos diseñados para realizar medidas continuas o periódicas, de uno o mas, parámetros físicos o químicos en los procesos industriales en línea, permitiendo correcciones en las condiciones de operación del proceso, basándose en los resultados en las medidas realizadas
Características ideales de un analizador de procesos
Emplea métodos químicos sencillos.
Lleva a cabo el muestreo y preparación de la muestra y el análisis en continuo.
Produce resultados suficientemente precisos y exactos para controlar la línea de proceso.
Produce resultados rápidos que permiten correcciones en de la línea de proceso
Es fácil de manipular por personal no especializado.
No necesita mantenimiento durante largos períodos.
El mantenimiento se puede llevar a cabo sin interrumpir la línea de proceso.
Es capaz de autocalibrarse.
Es capaz de trabajar en ambientes “peligrosos”.
Su uso debe ser económicamente ventajoso para la empresa.
ANALIZADORES DE PROCESOS : INTRODUCCION
ANALIZADORES DE PROCESOS : INTRODUCCION
Ventajas de los analizadores de procesos (1)
Rapidez
Introducción de cambios rápidos en las condiciones operacionales de la línea de proceso.
La calidad de los productos es más uniforme.
No se producen cambios significativos en la composición de las muestras.
Detección de cambios rápidos en la composición.
El control de la línea de proceso automatizada.
Muestreo:
Se eliminan los errores de muestreo y de etiquetado debidos a la intervención humana.
No se requieren contenedores especiales.
Se pueden muestrear sustancias peligrosas.
ANALIZADORES DE PROCESOS : INTRODUCCION
Ventajas de los analizadores de procesos (2)
Economía:
Se reducen costes de personal.
Se reduce el coste de análisis (automatización).
Se reduce el consumo de energía y los costes de producción.
Se reducen costes en el reprocesado de materiales que no están de acuerdo con las especificaciones.
Problemas o inconvenientes en su implantación
Reticencias de la industria a introducir nuevas técnicas analíticas.
Falta de comunicación entre los físicos y químicos que trabajan en desarrollo de nueva instrumentación analítica y los ingenieros que trabajan en la industria.
Instrumentación necesaria para extraer muestras de la línea de producción y transferirlas al analizador es más costosa que el propio analizador.
Los errores de funcionamiento pueden conducir a importantes pérdidas económicas
ANALIZADORES DE PROCESOS : INTRODUCCION
CLASIFICACIÓN DE LOS ANALIZADORES DE PROCESOS.
Off-Line
On-line
In-line
De acuerdo a la Localización en la línea de proceso
Off Line : Las muestras se extraen desde la línea de procesos para su análisis posterior
In Line : Tienen sus sensores insertados dentro de la línea de proceso. El analito se determina sin extraer la muestra
On Line : Llevan un sistema para la recogida , acondicionamiento y transporte de la muestra al analizador
De acuerdo a su Objetivo
Analizadores de seguridad : Diseñados para la medida de contaminantes en los efluentes industriales o en la atmósfera de trabajo. Su uso se justifica por razones legales.
Controladores de la línea de producción : Análisis de uno o más componentes en la línea de proceso con objeto de controlar la calidad de los productos finales o la eficacia de un proceso. Se justifican por razones económicas
De acuerdo a la Interpretación de los resultados.
Analizadores de control de procesos indirecto
Un ordenador recibe los resultados y toma decisiones sin la intervención humana.
Analizadores de control de procesos directo
Un técnico recibe los resultados y toma las decisiones.
De acuerdo a los Parámetros a determinar
Analizadores físicos
Medida y control de una propiedad física del fluido (conductímetros, viscosímetros, refractómetros, medidores de presión y temperatura).
Analizadores químicos
Medida de la concentración de una (pH-metros, electrodos de iones) o varias simultáneamente (cromatógrafos de líquidos y de gases) o sucesivamente (fotómetros).
CLASIFICACIÓN DE LOS ANALIZADORES DE PROCESOS.
COMPONENTES DE LOS ANALIZADORES DE PROCESOS
Los analizadores de procesos tienen los siguientes componentes comunes
Un sistema automático de muestreo.
Un sistema de protección del analizador
El propio analizador
Un sistema de “salida” de resultados
SISTEMA AUTOMATICO DE MUESTREO (1)
CARACTERISTICAS
Que opere de manera veraz y requiera un mínimo mantenimiento.
Que pueda ser totalmente automatizado.
Que el tiempo empleado en acondicionar y transportar la muestra sea mínimo.
Que los materiales no contaminen la muestra ni dañen el sistema
SISTEMA AUTOMATICO DE MUESTREO (2)
COMPONENTES (1)
Sistema de acondicionamiento de la muestra :Adapta la muestra extraída a los requerimientos del analizador, lo que implica las siguientes etapas:
Filtración
Eliminación de la corrosividad o agresividad
Homogenización de la muestra
Tamponamientos
Eliminación de interferencias
Control de la presión y la temperatura
Control de la velocidad de flujo y tamaño de la muestra
Eliminación parcial o completa de la muestra
Dilución de la muestra
COMPONENTES DE LOS ANALIZADORES DE PROCESOS
SISTEMA AUTOMATICO DE MUESTREO (2)
COMPONENTES (2)
2. Sistema de recogida, transporte y eliminación de muestra : La selección de un diseño adecuado se basa en las siguientes premisas:
Elección apropiada del punto de muestreo
La muestra extraída debe ser representativa del proceso que se controla
La composición de la muestra no debe cambiar durante su transporte
La muestra analizada y el sobrante no analizado debe ser devuelto bien a la línea de proceso de donde se extrajo o debe eliminarse como residuo
El muestreo debe implicar varias corriente no sujetas a contaminación cruzada, mediante el uso de válvulas
COMPONENTES DE LOS ANALIZADORES DE PROCESOS
PROTECCION DEL ANALIZADOR
Los sistemas analizadores deben protegerse de las condiciones climatológicas, del medio ambiente y del flujo de los procesos que controlan.
Para ello se utilizan cámaras de distintos materiales y características donde se introducen los Analizadores, junto con detectores de fugas
ANALIZADORES DE PROCESOS
Los analizadores de procesos usan diferentes técnicas de detección como: Fotometría, Potenciometria, Espectrometría IR, Cromatografía, etc.
Permiten analizar todo tipo de muestras basándose en sus propiedades :
Propiedades físicas: conductividad, densidad, presión de vapor, índice de refracción, ect. Los cambios de estas propiedades durante el proceso se deben a especies que pueden controlarse indirectamente.
Propiedades químicas: La líneas de proceso pueden llevan una gran variedad de especies químicas, que pueden ser controladas con el analizador adecuado.
COMPONENTES DE LOS ANALIZADORES DE PROCESOS
ANALIZADORES DE PROCESOS
FOTOMETRICOS
Se basan según el principio de la fotometría, en la relación entre la concentración de la especie analizada y la radiación absorbida por esta a una determinada longitud de onda (Ley de Lambert Beer)
Las regiones del espectro electromagnético utilizadas en este tipo de analizadores son la IR y la UV.
ELECTROQUIMICOS
Se basan en los métodos electroquímicos.
Pueden ser :
Potenciometricos: de pH y selectivos de iones
Culombimetricos: miden el tiempo que tarda en completarse la reacción en la celda culombimetrica cuando circula una corriente eléctrica . Pueden ser : a potencial o corriente controlados
Amperometricos: miden la corriente eléctrica de un analito que reacciona en el electrodo
De conductividad: Miden la variación de la conductividad entre distintos puntos de la línea de procesos
CROMATOGRAFICOS
Las técnicas cromatográficas son muy útiles para seguir una conversión química en un proceso o seguir en el proceso las concentraciones de diversos componentes.
La Cromatografía de gases es la mas utilizada a nivel industrial.
Se utilizan en el control de los productos obtenidos en el fraccionamiento del petróleo (refinería), en la destilación del crudo , en el crakeo catalítico , etc..
Sistema de tratamiento del gas
Regenerador de aminas
Planta de Claus
Unidad de desulfuración catalitica
Controlador de flujo
Absorbente
Tanque de azufre
HC, An
H2S, An
H2S, An
H2S, An
H2S, An
A la atmósfera
H2S en gas
H2S en gas
H2S en efluente
H2S en SO2
10 ppm de H2S
H2S al 10 %
Hidrocarburo
en H2S
Alimentación
Producto
desulfurizado
ANALIZADORES EN LA PLANTA DE DESULFURIZACION Y RECUPERACIÓN DE AZUFRE DE UNA REFINERÍA
La figura se muestra un esquema relacionado con algunas propiedades que se miden y controlan en una línea de procesos
H2S, An
HC, An
Analizador de H2S
Analizador de Hidrocarburos
Producción
del caldo
Tanque de fermentación
Separación de la levadura
Almacenamiento
Mezcla
Filtrado
Ozonización
Malta
Lúpulo
Aditivos
Tanque de
CO2
levadura
O2, An
O2, An
T, An
L, An
O3, An
d, An
Planta de embotellado
CO2
CO2
O3
Agua
CO2, An
ANALIZADORES DE PROCESO EN UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CERVEZA
ANALIZADORES DE PROCESOS EN UNA PLANTA DE PRODUCCION DE AMONIACO
A
B
D
E
F
C
G
H
I
J
K
N
O
L
P
M
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
A.- Reformador primario
B.-Reformador secundario
C.- Conversor
D.- Absorbente
E.- Limpiador
F.- Trampa de aceite
G.- Separador secundario
H.- Conversor de amoníaco
I.- Separador primario
J.- Flasher
K.- Alimentación de hidrocarburo
L.- Agua
M.- Aire
N.- Alimentación al sistema de la recuperación
O.- Amoníaco
P.- Gas combustible
? Toma de muestras
Analizador para medir la presión
de vapor en línea
Rango de medición de 0- 35 psi (0-2500 mbar)
Tiempo de respuesta de 5 minutos
Precisión de 0.05 psi (3.5 mbar)
Reproducibilidad de 99 %
Analizador en línea de punto de fluidez
de un hidrocarburo
Intervalo de operación de -76°C a 77°C
Tiempo de respuesta de 10 a 45 minutos
No requiere sistema de recuperación atmosférica
Precisión de 0.5°C
Analizador en línea para cuantificar hidrocarburo
en agua en líneas de proceso
Intervalo de medición de 0-100 ppm
Tiempo de respuesta de 15 seg.
Precisión de 0.5 ppm
No requiere acondiciona-miento de la muestra
No necesita químicos para la cuantificación
Analizador para medición continua de la salinidad en crudo
Intervalo de medición de 0-400 PTB
Tiempo de respuesta de 6 minutos
Presición de 2%
Sistema de enjuagado integrado
sistema de validación de la muestra
ANALIZADORES DE PROCESOS