Questão:
Técnicas ópticas para estudos de cinética
SarvF
2017-08-04 12:15:00 UTC
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Quais métodos ópticos podem ser usados ​​para medir a concentração de gases reagentes em um reator durante uma reação exotérmica e rápida? Preciso monitorar e medir a concentração local de meus gases (na reação de produção de metano) ao longo de um leito de reator, a fim de ser capaz de esclarecer a cinética desta reação. Quais técnicas ópticas são capazes de fazer tal medição?

Um responda:
porphyrin
2017-08-04 16:25:21 UTC
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Existem várias técnicas, mas o que você usaria depende de como você planeja iniciar a reação. O que costumava ser chamado de Fotólise Flash e agora chamado de Espectroscopia Bomba-Sonda é o mais geral e pode ser usado no intervalo de tempo de femtossegundos a vários segundos. Este é um método geral, pois mede a absorção de todas as espécies produzidas. Ele funciona usando um flash de luz de duração e comprimento de onda adequados, geralmente de um laser, para iniciar a reação e, em seguida, em vários atrasos de tempo após isso, o espectro de absorção de qualquer espécie produzida é medido. A absorção pode ser na faixa uv, visível ou ir. Às vezes, espalhamento Raman ou fluorescência podem ser usados ​​em vez de absorção. O que é usado depende do equipamento disponível e das espécies que você precisa medir.

Se você não pode iniciar a reação com luz, então métodos de mistura podem ser usados, mas são relativamente lentos, mais longos do que a escala de microssegundos e mais como milissegundos. No método Stopped-Flow, os gases reagentes são misturados tão rapidamente quanto possível na câmara de modo a iniciar a reação, então isso é monitorado com absorção, etc., como acima. Além disso, existem métodos de fluxo em que os reagentes gasosos são misturados na extremidade de um longo tubo de fluxo e são monitorados espectroscopicamente em vários pontos à medida que fluem ao longo de um tubo. Os gases são bombeados para causar o fluxo e, portanto, a distância ao longo do tubo é um apelido para o tempo de reação. Cada um desses métodos pode ser usado com gases ou líquidos.

A reação é uma reação catalítica e é muito rápida e exotérmica (acompanhada com formação de hotspot) e usamos reatores de leito fixo para aplicar o catalisador nele. meu objetivo era medir a concentração local das espécies de gás (metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono, água, hidrogênio) com algum método óptico, e. Espectroscopia Raman. Mas eu não tenho certeza sobre os detalhes do sistema que poderia realmente funcionar.
É bastante rotineiro medir na escala de tempo de nanossegundos. Isso é rápido o suficiente? Os lasers de nanossegundos focalizados são intensos e podem produzir bons espectros raman da região focal, portanto, se você conseguir levar o laser para a região de que precisa, essa é uma possibilidade. No entanto, a sensibilidade é baixa. Dê uma olhada, portanto, na técnica chamada CARS (espalhamento raman anti-stokes coerente) e métodos relacionados. O livro 'Espectroscopia Laser, conceitos básicos e instrumentação' 2ª ed por Demtroder, embora escrito há algum tempo, ainda é bom para detalhes sobre todos os aspectos de lasers e detectores, etc.


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