Los cromatógrafos de gas de proceso (GC de proceso) son monitores de gas que proporcionan datos específicos, tanto cualitativos (especie) como cuantitativos (cantidad) en relación con la composición de un flujo de gas o una muestra encontrada en una aplicación industrial o atmosférica.
Los GC de proceso, a diferencia de los GC de laboratorio, suelen configurarse y utilizarse para aplicaciones estáticas en las que el operador requiere información frecuente sobre un objetivo específico de compuestos en largos períodos de tiempo. Los GC de proceso están diseñados principalmente como sistemas de análisis de gas independientes y de bajo mantenimiento, y no suelen ser necesaria una formación química o técnica para utilizarlos.
Los GC de proceso suelen contener entradas y salidas digitales y analógicas que les permiten interactuar con iniciadores externos, sistemas de recopilación de datos y otros controles.
Los GC de proceso se utilizan en muchos sectores como: exploración de petróleo y gas, monitorización de la calidad del aire exterior, detección y monitorización de emisiones fugitivas y suministro de gas especializado.
Cromatografía de gas: un nombre complejo, un concepto sencillo
Los elementos básicos de la cromatografía de gas son muy sencillos y componen una potente herramienta para analizar uno o varios gases. El análisis cromatográfico tiene 4 pasos: recopilación de muestras, inyección de muestras, separación de muestras y detección de muestras.
Se recopila una muestra de gas y se introduce en un flujo de gas inerte conocido como gas transportador. El gas transportador lleva (transporta) la muestra de gas a través de una columna o una serie de columnas en las que los gases de la muestra se separan físicamente. Cuando la columna separa los gases estudiados, se dirigen a un detector que da una señal de salida proporcional a la concentración. El análisis de GC puede ser un procedimiento manual o un proceso automatizado en línea.
Recopilación de muestras – Las muestras se preparan para su análisis con una serie de métodos diferentes. Los bucles de muestra fijos son el método elegido para un análisis de proceso automatizado (imagen 1). Otras técnicas comunes van de obtener una muestra de gas en una jeringuilla a métodos mucho más completos como volatilizar un líquido en gas, preconcentrarlo en un medio de recolección o condensar criogénicamente una muestra de gas.
Inyección de muestra – Una muestra puede inyectarse manualmente en el gas transportador con una jeringuilla, pero normalmente se introduce a través de un bucle de muestra y una válvula analítica en línea con el flujo de transporte. Los gases transportadores típicos suelen ser nitrógeno, helio, argón y, en ocasiones, hidrógeno o aire. Generalmente, cuanto mayor es la calidad del gas transportador, mejores son los resultados del análisis. En los instrumentos automatizados, el gas transportador se coloca en la línea con el bucle de muestra durante un período preciso y predeterminado y la muestra se inyecta en la columna (imagen 2). En los análisis de GC de proceso, el ciclo suele repetirse continuamente.
Separación de muestras – Las columnas son el centro del GD, la herramienta que separa la muestra en sus componentes. Las columnas se montan en un horno con control preciso de la temperatura y del caudal del gas transportador. En esas condiciones controladas se puede repetir el análisis: el mismo componente de gas sale de la columna con el mismo tiempo que en el análisis previo.
Por ejemplo, una de las columnas más comunes, que utiliza una fase de filtro molecular o un material de envasado, separa la muestra basándose en el tamaño de las moléculas que contiene. Si una muestra formada por hidrógeno, oxígeno y nitrógeno pasa por esa columna, las moléculas de hidrógeno, más pequeñas, pueden atravesar la fase muy rápido en comparación con las de oxígeno y nitrógeno (imagen 3). Las moléculas de nitrógeno, que son las más grandes, tardan más en atravesar la fase. A escala macroscópica, puede compararse con el uso de varias pantallas para eliminar arenas finas y piedras grandes en un cargamento de grava.
Otras fases disponibles en el mercado separan los gases basándose en su punto de ebullición, polaridad, peso molecular y tamaño molecular. Al combinar diferentes densidades de fase, orificios de tubo y longitud de columna con la amplia variedad de fases, se obtiene una selección de columnas prácticamente infinita.
Detección de muestras – Cuando los gases separados salen de las columnas, pasan por un detector que emite una señal de salida. La señal genera los característicos picos de GC del cromatograma (imagen 4). Los picos son proporcionales en área a la concentración de gases estudiados. Antes, el tamaño de los picos era difícil de cuantificar. Ahora, el software integrado hace que sea una tarea muy fácil. El software y el hardware de GC pueden incorporar una amplia gama de capacidades de diagnóstico, informe y salida. Los GC cuentan por diseño con varios detectores que vienen determinados en función de las necesidades de análisis, la composición de los gases y los límites de detección necesarios. Los detector de ionización por llama (FID) se utilizan para la mayor parte de hidrocarburos, los detectores de fotoionización (PID) se usan para compuestos volátiles y el detector de conductividad térmica (TCD) es para uso general. También hay otros detectores especializados. Los GC de proceso suelen utilizar FID, PID, o TCD debido a sus diseños sencillos y fiables.