No domínio da monitorização ambiental, a precisão e a fiabilidade dos dados são cruciais. O tubo de quartzo , como material de vidro de alto desempenho, tornou-se um componente central indispensável em muitos instrumentos importantes de análise ambiental devido às suas propriedades ópticas, térmicas e químicas exclusivas.

Características materiais do tubo de quartzo: a base de um excelente desempenho

A vantagem de desempenho dos tubos de quartzo (compostos principalmente de dióxido de silício de alta pureza) é um pré-requisito para sua operação estável em ambientes severos de monitoramento ambiental. Seus principais recursos incluem:

1. Alta transmitância: Possui transmitância extremamente alta para luz ultravioleta, visível e infravermelha próxima (até 93% ou mais), especialmente em análises que requerem alta sensibilidade ultravioleta, que é insubstituível.

2. Resistência a altas temperaturas: O ponto de amolecimento é tão alto quanto cerca de 1730 ℃ e pode funcionar de forma estável por um longo tempo em ambientes de alta temperatura acima de 1000 ℃ sem deformação ou cristalização.

3. Estabilidade térmica: O coeficiente de expansão térmica é extremamente baixo (cerca de 5,5 × 10 ⁻⁷/℃) e pode suportar mudanças drásticas de temperatura sem rachar.

4. Inércia química: Exceto o ácido fluorídrico e o ácido fosfórico quente, dificilmente reage com outras substâncias ácidas, tem forte resistência à corrosão ácida e alcalina e não é facilmente contaminado por gases ou líquidos de amostra.

Essas características tornam os tubos de quartzo uma “janela” e “câmara de reação” ideais para conectar ambientes de amostragem agressivos com sistemas de detecção óptica/elétrica de precisão.

Principais áreas de aplicação e manifestações específicas do produto

A aplicação de tubos de quartzo em instrumentos ambientais reflete-se principalmente nos seguintes aspectos:

Aplicação 1: Sistema de monitoramento contínuo de emissões (CEMS) para emissões de gases de combustão

Aplicação do produto: Os tubos de quartzo são usados ​​como células de amostra/células de fluxo de gás em analisadores de gás infravermelho não dispersivo (NDIR) e sistemas de espectroscopia de absorção diferencial ultravioleta (DOAS).

O principal problema a ser resolvido é que o gás de combustão industrial geralmente tem características de alta temperatura, alta umidade e forte corrosividade (contendo SO₂, NOx, HCl, etc.). Tanques comuns de vidro ou metal podem sofrer uma diminuição na precisão da medição ou até mesmo danos devido à corrosão, adsorção ou deformação em alta temperatura.

O papel e as vantagens dos tubos de quartzo:

Janela resistente à corrosão: Como janela de entrada e saída para análise do caminho óptico, os tubos de quartzo podem ser expostos à fumaça corrosiva por um longo tempo, mantendo a superfície óptica limpa e garantindo a transmissão estável dos sinais ópticos.

Conjunto de amostras de alta temperatura: O gás de combustão de alta temperatura pode ser introduzido diretamente no conjunto de amostras de quartzo para análise, sem a necessidade de pré-tratamento de resfriamento complexo e com potencial perda de componentes, obtendo monitoramento in-situ e em tempo real.

Caso verificável: Por exemplo, nos analisadores CEMS da série Siemens ULTRAMAT 23 ou ABB AO2000, as células de amostra de suas unidades de medição principais são feitas de vidro de quartzo de alta pureza para garantir a medição precisa de gases como SO ₂ e NO.

Aplicação 2: Análise da qualidade da água - Analisador on-line de fósforo total/nitrogênio total

Aplicação do produto: Os tubos de quartzo são usados ​​como tubos de digestão em analisadores on-line de fósforo total/nitrogênio total com base em princípios de digestão de alta temperatura e alta pressão.

O principal problema a ser resolvido é que os compostos de fósforo e nitrogênio nas amostras de água precisam ser completamente dissolvidos e convertidos em ortofosfato ou nitrato mensuráveis ​​sob alta temperatura (geralmente 120-150 ℃), alta pressão e presença de oxidantes fortes (persulfato de potássio).

O papel e as vantagens dos tubos de quartzo:

Resistente a ambientes extremos de dissolução: Os tubos de quartzo podem suportar altas temperaturas, alta pressão e forte corrosão oxidante simultaneamente, tornando-os um dos poucos materiais que podem funcionar de forma estável por um longo tempo sob condições tão abrangentes e adversas.

Transparência óptica: Após a conclusão da digestão, alguns designs de instrumentos permitem que o caminho óptico passe diretamente através da parede do tubo de quartzo para análise colorimétrica da solução de digestão, simplificando o projeto do caminho de fluxo e reduzindo a contaminação cruzada.

Casos verificados: O analisador on-line de nitrogênio total/fósforo total da série NPW-160 da empresa Hach e o analisador da série QuickTON da empresa LAR na Alemanha usam explicitamente tubos de digestão de vidro de quartzo como seus principais componentes de reação de alta temperatura.

Aplicação 3: Monitoramento online de compostos orgânicos voláteis (VOCs)

Aplicação do produto: No sistema de monitoramento on-line de VOCs baseado na tecnologia de cromatografia gasosa (GC), tubos de quartzo são usados ​​como liners e instalados dentro da porta de injeção cromatográfica.

O principal problema a ser resolvido é que as amostras de COV no ar ambiente precisam vaporizar instantaneamente na porta de injeção antes de entrar na coluna cromatográfica. Este processo pode resultar em quantificação imprecisa, perda de formatos de pico e contaminação do sistema devido à vaporização incompleta ou decomposição térmica de certos componentes de alto ponto de ebulição.

O papel e as vantagens dos tubos de quartzo:

Superfície inerte: A inércia química do quartzo garante que sua superfície não irá adsorver ou catalisar reações com moléculas sensíveis de VOCs, garantindo a integridade da amostra.

Condução de calor rápida e uniforme: Os tubos de quartzo podem atingir rapidamente a temperatura definida, permitindo que a amostra obtenha vaporização instantânea de 'evaporação instantânea', reduzindo a decomposição térmica, obtendo picos cromatográficos nítidos e simétricos e melhorando a precisão quantitativa.

Caso verificável: Quase todos os principais sistemas de monitoramento on-line GC-MS ou GC-FID, como o GC on-line Trace 1300 da Thermo Fisher, vêm como padrão ou recomendam o uso de revestimentos de quartzo desativados para suas portas de injeção.

A aplicação de tubos de quartzo em instrumentos ambientais não é acidental, mas um resultado inevitável das propriedades do material que atendem aos rigorosos requisitos de monitoramento. Ele resolve com eficácia uma série de gargalos técnicos, como alta temperatura, corrosão, adsorção e instabilidade térmica em áreas essenciais, como CEMS, análise on-line da qualidade da água e monitoramento de VOCs, desempenhando funções importantes, como tanques de amostra, tubos de digestão e revestimentos cromatográficos, garantindo assim a precisão, o desempenho em tempo real e a confiabilidade dos dados de monitoramento ambiental.

Com os padrões ambientais cada vez mais rigorosos e o desenvolvimento contínuo da tecnologia de monitoramento, requisitos mais elevados foram apresentados para a pureza, o design da estrutura geométrica e a tecnologia de tratamento de superfície dos tubos de quartzo. No futuro, os componentes de quartzo personalizados e funcionais continuarão a desempenhar um papel insubstituível na melhoria do limite de detecção, estabilidade e nível de automação dos instrumentos ambientais.

Luverre Quartz pode fabricar tubos de quartzo personalizados em vários formatos, como espiral, quadrado, redondo, com processamento incluindo corte, dobra, soldagem, etc., e disponíveis em diversas cores, como tubos de quartzo transparentes, tubos de quartzo opacos, tubos de quartzo branco leitoso, tubos de quartzo vermelho e assim por diante.