El detector de conductividad térmica ( TCD ), también conocido como catarómetro , es un detector de propiedades a granel y un detector químico específico que se utiliza comúnmente en la cromatografía de gases. [1] Este detector detecta cambios en la conductividad térmica del eluyente de la columna y lo compara con un flujo de referencia de gas portador. Dado que la mayoría de los compuestos tienen una conductividad térmica mucho menor que la de los gases portadores comunes de helio o hidrógeno, cuando un analito se eluye de la columna, la conductividad térmica del efluente se reduce y se produce una señal detectable.
El TCD consiste en un filamento calentado eléctricamente en una celda con control de temperatura. En condiciones normales, hay un flujo de calor estable desde el filamento hasta el cuerpo del detector. Cuando se eluye un analito y se reduce la conductividad térmica del efluente de la columna, el filamento se calienta y cambia su resistencia. Este cambio de resistencia suele detectarse mediante un circuito de puente de Wheatstone que produce un cambio de voltaje medible. El efluente de la columna fluye sobre una de las resistencias mientras que el flujo de referencia fluye sobre una segunda resistencia en el circuito de cuatro resistencias.
Se muestra un esquema de un diseño clásico de detector de conductividad térmica que utiliza un circuito de puente de Wheatstone . El flujo de referencia a través del resistor 4 del circuito compensa la deriva debido a fluctuaciones de flujo o temperatura. Los cambios en la conductividad térmica del flujo de efluente de la columna a través del resistor 3 darán como resultado un cambio de temperatura del resistor y, por lo tanto, un cambio de resistencia que se puede medir como una señal.
Dado que todos los compuestos, orgánicos e inorgánicos, tienen una conductividad térmica diferente a la del helio o el hidrógeno, se pueden detectar prácticamente todos los compuestos. Por eso, el TCD se suele denominar detector universal.
Utilizado después de una columna de separación (en un cromatógrafo), un TCD mide las concentraciones de cada compuesto contenido en la muestra. De hecho, la señal del TCD cambia cuando un compuesto pasa a través de él, formando un pico en una línea base. La posición del pico en la línea base refleja el tipo de compuesto. El área del pico (calculada mediante la integración de la señal del TCD a lo largo del tiempo) es representativa de la concentración del compuesto. Una muestra cuyas concentraciones de compuestos son conocidas se utiliza para calibrar el TCD: las concentraciones se ven afectadas por las áreas de los picos a través de una curva de calibración.
El TCD es un buen detector de propósito general para investigaciones iniciales con una muestra desconocida en comparación con el FID que reacciona solo a compuestos combustibles (por ejemplo, hidrocarburos). Además, el TCD es una técnica no específica y no destructiva. El TCD también se utiliza en el análisis de gases permanentes (argón, oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono) porque responde a todas estas sustancias a diferencia del FID que no puede detectar compuestos que no contienen enlaces carbono-hidrógeno.
Considerando el límite de detección, tanto el TCD como el FID alcanzan niveles de concentración bajos (inferiores a ppm o ppb). [2]
Ambos requieren gas portador presurizado (normalmente: H2 para FID, He para TCD), pero debido al riesgo asociado con el almacenamiento de H2 ( alta inflamabilidad, consulte Seguridad del hidrógeno ), se debe considerar el TCD con He en lugares donde la seguridad es crucial.
Una cosa que hay que tener en cuenta al utilizar un TCD es que el flujo de gas nunca debe interrumpirse cuando el filamento está caliente, ya que esto puede provocar que el filamento se queme. Si bien el filamento de un TCD generalmente está pasivado químicamente para evitar que reaccione con el oxígeno, la capa de pasivación puede ser atacada por compuestos halogenados, por lo que estos deben evitarse siempre que sea posible. [3]
Si se analiza el hidrógeno, el pico aparecerá como negativo cuando se utilice helio como gas de referencia. Este problema se puede evitar si se utiliza otro gas de referencia, por ejemplo argón o nitrógeno , aunque esto reducirá significativamente la sensibilidad del detector hacia cualquier compuesto que no sea hidrógeno.
Funciona con dos tubos paralelos que contienen gas y serpentines de calentamiento. Los gases se examinan comparando la tasa de pérdida de calor de los serpentines de calentamiento hacia el gas. Los serpentines están dispuestos en un circuito de puente para que se puedan medir los cambios de resistencia debidos al enfriamiento desigual. Un canal normalmente contiene un gas de referencia y la mezcla que se va a probar pasa por el otro canal.
Los catarómetros se utilizan en medicina en equipos de prueba de la función pulmonar y en cromatografía de gases . Los resultados se obtienen más lentamente en comparación con un espectrómetro de masas , pero el dispositivo es económico y tiene buena precisión cuando se conocen los gases en cuestión y solo es necesario determinar la proporción.
Monitorización de la pureza del hidrógeno en turbogeneradores refrigerados por hidrógeno .
Detección de pérdida de helio del recipiente de helio de un imán superconductor de resonancia magnética.
También se utiliza en la industria cervecera para cuantificar la cantidad de dióxido de carbono en las muestras de cerveza.
Se utiliza en la industria energética para cuantificar la cantidad (valor calorífico) de metano en muestras de biogás .
Se utiliza en la industria de alimentos y bebidas para cuantificar y/o validar los gases de los envases de alimentos.
Se utiliza en la industria del petróleo y el gas para cuantificar el porcentaje de HC al perforar una formación.