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La absorción infrarroja no dispersiva (NDIR) es un método que utiliza la absorción infrarroja de moléculas. Este método se utiliza para medir la concentración de varios componentes de gas que absorben activamente los infrarrojos.
Las moléculas tienen la capacidad inherente de absorber selectivamente la luz en longitudes de onda específicas. Por ejemplo, una manzana roja parece roja porque su superficie absorbe luz con longitudes de onda distintas a la roja y, a la inversa, refleja luz con longitudes de onda rojas. Esto sucede en la radiación infrarroja, que se utiliza ampliamente para medir la concentración de componentes de un gas. Cuando la radiación infrarroja es absorbida por una molécula, aumenta la temperatura de esa molécula. La longitud de onda de la radiación infrarroja absorbida difiere según la molécula (es decir, como una huella dactilar, su perfil de longitud de onda es específico para cada molécula).
El método de absorción infrarroja no dispersiva (NDIR) utiliza esta propiedad; el término NDIR también se ha establecido desde hace mucho tiempo. La radiación infrarroja se clasifica en rayos infrarrojos cercanos, rayos infrarrojos medios y rayos infrarrojos lejanos según la longitud de onda. El NDIR utiliza radiación infrarroja que contiene longitudes de onda en la radiación infrarroja media de 2,5 a 25 μm para medir la concentración de componentes de gas.
Un tipo no dispersivo es un método de medición que utiliza una longitud de onda de radiación infrarroja específica en el infrarrojo medio emitida por una fuente de luz infrarroja. Algunos gases no absorben la radiación infrarroja. Por ejemplo, el nitrógeno (N2) no absorbe la radiación infrarroja, por lo que se mide mediante un analizador de gases utilizando un principio de medición diferente.
Principio de medida del analizador de gas mediante NDIR
Figura 1: Estructura básica de un analizador de gases que utiliza NDIR (por ejemplo, para medir CO en CO2)
El analizador de gases que utiliza una fuente de luz infrarroja mide la concentración de gas haciendo fluir el gas de muestra a una celda de gas. La radiación infrarroja pasa a través del gas de muestra en la celda y la radiación infrarroja absorbida por el gas en la celda corresponde a la concentración de gas de muestra detectada por el detector (Figura 1).
Las diferentes moléculas de gas tienen diferentes longitudes de onda infrarrojas que se absorben (Figura 2). Al medir la cantidad de absorción para una longitud de onda infrarroja específica proporcional a la concentración de cada gas, es posible determinar "qué moléculas de gas" y "en qué "presente" en el gas de muestra. En la Figura 1, un detector de CO mide el gas CO en el gas CO2.
Figura 2: Longitudes de onda y cantidades de absorción infrarroja para gases
Dependiendo de las moléculas de gas, pueden producirse superposiciones de longitudes de onda infrarrojas absorbidas (Figura 2). Esto se denomina interferencia de gas.
Figura 3: Relación entre la concentración de gas y la cantidad de absorción infrarroja
La cantidad de absorción de la radiación infrarroja es proporcional a la concentración del gas, menor para concentraciones más bajas y mayor para concentraciones más altas (Figura 3).
La relación entre la cantidad de absorción infrarroja y la concentración de gas está determinada por la ley de Lambert-Beer.
La cantidad de absorción infrarroja depende de la concentración de moléculas de gas absorbente. Esta relación se expresa mediante la ley de Lambert-Beer.
Ι = Ι0 exp (-μcd)
Ι : Intensidad de la luz transmitida
Ι0: Intensidad de la luz incidente
c : Concentración de moléculas absorbentes (componente medido)
μ : Coeficiente de absorción (constante determinada por la molécula y la longitud de onda)
d : Espesor de la capa de molécula absorbente (capa de gas)
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