L3.A – Echipamente

Camera de Simulare Proceselor Atmosferice (ESCQ-UAIC)

Camera de simulare a atmosferei, cu un volum de 780 L, este realizată dintr-un ansamblu de trei tuburi de cuarț și permite desfășurarea de experimente în fază gazoasă în vederea dezvoltării unor mecanisme de reacție sau realizării de studii cinetice.

Ansamblul prezintă un domeniu de lucru cuprins între 10^-3 mbar și 1,2 bari. Camera de simulare a atmosferei conține un sistem de oglinzi cu multiplă reflexie de tip White (drumul optic maxim de 492 m), cuplat cu un spectrometru FT-IR, VERTEX 80 Bruker, permițând astfel determinarea in situ a reactanților și produșilor.

Flanșele frontală și terminală ale reactorului sunt prevăzute cu sisteme de introducere a reactanților și gazelor, precum și cu senzori pentru temperatură, umiditate și presiune. Pentru monitorizarea altor indicatori, camera este conectată la mai multe sisteme analitice: actinometre pentru J(O₃), J(O1D) si J(NO₂). Suplimentar, camera de simulare a atmosferei este prevăzută cu un sistem de uscare și purificare a aerului necesar umplerii camerei, în special pentru îndepărtarea compușilor de tipul NO_y și a hidrocarburilor non-metanice.

Lămpi specifice pentru domeniile UV (germicide, cu λ_max=254 nm) și VIS (black-light, cu λ_max=365 nm) asigură iluminarea uniformă a exteriorului tuburilor din cuarț, fiind dispuse într-o geometrie cilindrică coaxială pe toată lungimea și suprafața tuburilor.

Spectrofotometrul FTIR Vertex-80 cu transformată Fourier permite investigarea domeniului spectral cuprins între 8000-350 cm^-1. Optica interferometrului Michelson este acoperită cu Au pentru a permite transferul maxim de energie. Interferometrul UltraScan cu aliniere activă este echipat cu un laser HeNe de 632,8 nm și 5 mW. Instrumentul, dotat cu o fereastră de KBr (7500-350 cm^-1), permite atingerea unei rezoluții mai bună de 0,2 cm^-1 și a unei acurateți a numărului de undă mai bună de 0,01 cm^-1 la 2,000 cm^-1. Operarea instrumentului și prelucrarea spectrelor înregistrate se realizează cu ajutorul soft-ului OPUS.

Spectrometru de Masă pentru Analiză Chimică a Aerosolilor, HR-ToF-AMS, Aerodyne Research, SUA

Sistemul Aerodyne Aerosol Mass Spectrometer (AMS) este un instrument de ultimă generație, unic prin caracteristicile sale de prelevare cantitativă, analiză chimică și discriminare funcție de dimensiunea particulelor de aerosoli. Poate fi utilizat în laborator sau direct în câmp, permite realizarea de măsurători cu rezoluții în timp rapid și furnizează rezultate în timp real.

Instrumentul poate fi utilizat în analize de urme, analiză chimică cu evaporare termică și spectrometrie de masă cu ionizare cu impact electronic. Pot fi prelevate particule de aerosoli cu diametrul cuprins între 0,04 până la 1,0 µm. Particulele sunt prelevate într-un sistem de vacuum înaintat unde sunt focusate în regim aerodinamic sub forma unui fascicul foarte îngust (~1 mm în diametru) și direcționat către o suprafață încălzită unde componenții chimici volatili și semivolatili sunt vaporizați pe cale termică și detectați prin sistemul tip spectrometru de masă cuadrupol cu ionizare prin impact electronic (70 eV).

Diametrul aerodinamic al particulelor este determinat din măsurătorile vitezei particulelor în regim de timp de zbor. Pot fi astfel detectate specii chimice care vaporizează în intervalul 200 – 900 ^oC (uzual 600 ^oC). Această fracție de interes include majoritatea componenților atmosferici, mai puțin carbonul elemental și oxizii de crustă (praful). Unii compuși anorganici (sărurile marine) necesită vaporizare la temperaturi mai ridicate (900 ^oC).

Instrumentul operează în mod „W” și „V”. În mod W, prin intermediul sistemului MS-TOF de înaltă rezoluție este posibilă analiza elementală dar și a altor compuși precum PAHs. Modul de operare V are o rezoluție de masă mai mică dar prezintă sensibilitate mai ridicată pentru analiza particulelor monodisperse (d>300 nm).

Spectrometru de masă cu transfer de proton, PTR-MS-ToF, KORE Technology, UK

Spectrometrul de masă cu transfer de proton PTR-MS-ToF este capabil să realizeze, în timp real, analize calitative și cantitative ale compușilor organici volatili din aer fără să fie nevoie de prepararea probei și fără să utilizeze un gaz purtător. Poate fi utilizat în studii ale mediului, alimentelor, calității aerului, medicină, biotehnologii.

Instrumentul realizează măsurători ale compușilor organici volatili folosind ionizarea chimică blândă cu protoni (PTR). Această tehnică este dedicată compușilor cu afinitate pentru protoni mai mare decât cea a apei. Instrumentul este conceput pentru investigații la nivelul de laborator, structura sa deschisă permite cuplarea acestui instrument cu alte tehnici de analiză cum ar fi experimentele în flux în camera de reacție dar poate fi folosit, de asemenea, și la măsurători dinamice, în câmp, în regim in situ.

Ionizarea are loc într-un reactor la presiune scăzută (0,1 – 2 mbar) în condiții specifice astfel încât să se evite încărcarea altor molecule. Spectrometrul are o sensibilitate de cel puțin 200 cps/ppbv pentru benzen și de cel puțin 300 cps/ppbv pentru triclorbenzen. Rezoluția minimă de masă este de 2000 m/Δm (FWHM). Spectrometrul are capacitatea să detecteze compuși având masa cuprinsă cel puțin în domeniul 1-50000 amu. Limita minimă de detecție pentru benzen este de 5 pptv, calculată ca valoare medie pentru un timp de integrare de 1 minut. Liniaritate este asigurată pentru domeniul minim 5 pptv-10 ppmv.

Cromatograf de Gaze cu Detector de Ionizare în Flacără și Spectrometru de Masă cu Desorbție Termică (GC-FID-MS-TDSG), GC Agilent 7890 – MS Agilent 240MS – Gerstel (Turbo)-TDSG-TDSA, Agilent Technologies, SUA

Cromatograful este destinat analizei compușilor polari și nepolari, volatili și semilovatili, prezenți mai ales în fază gazoasă. Instrumentul este prevazut cu dublă detecție tip ionizare în flacără (FID) și spectrometrie de masă (MS). Interfața între GC si MS ajunge până la 350 ^oC prin control termic independent de celelalte componente.

Cromatograful permite o asigurare a repetabilității timpului de retenție  <0,008% sau <0,008 minute și a repetabilității ariei picului <1% RSD. Detectorul cu ionizare în flacără (FID) este optimizat special pentru coloane capilare, are o viteză de achiziție a datelor de 500 Hz, permite detectarea unei cantități minime de 1,8 pg Carbon/sec și operarea la temperatură maximă de 450 ^oC.

Cromatograful este dotat cu un detector de tip MS/MS (tehnologie cu trapă ionică) 5990-7664EN – Agilent 240 Ion Trap Mass Spectrometer. Spectrometrul de masă cu trapa ionică are domeniul de masă de 1000 Da cu posibilitatea atingerii unei viteze de scanare e 10000 Da/sec. Sursa de ionizare, prin impact electronic cu filament dual, asigură un timp maxim de ionizare de 65 secunde. Detectorul MS este prevăzut cu două surse de ionizare, impact electronic (EI) și ionizare chimica (Cl). Utilizarea electrozilor tratați cu SILCHROM conferă spectrometrului maximă inerție chimică față de compuși labili sau care aderă puternic la suprafețe.

Instrumentul este prevăzut cu un dispozitiv de desorbție termică, Gerstel Thermo Desorbtion System, utilizat pentru monitorizarea continuă a substanțelor din aer sau fluxuri de gaze, prin concentrare pe adsorbenți, urmată de desorbție termică și apoi preconcentrare și injecție în coloană cu ajutorul unui injectoru cu răcire de tip PTV. Dispozitivul are posibilitatea să lucreze în mod de desorbție termică din tuburi standard și mod de extracție termică directă din solide sau lichide. Dispozitivul de desorbție termică permite colectarea unei noi probe în timpul analizei unei probe colectate anterior.

Cromatograf de Gaze comprehensiv cu detector de Ionizare în Flacără și Spectrometru de Masă (GC×GC-FID-MS), GC Agilent 7890A – MS Agilent 5975C, Agilent Technologies, SUA

Sistemul (GC×GC-FID-MS) este compus dintr-un gaz cromatograf Agilent Technologies, model 7890A, şi un spectrometru de masă Agilent Techologies, model 5975C, cu dublă ionizare chimică şi electronică. Detectorul cu ionizare în flacără (FID) este optimizat special pentru coloane capilare, are o viteza de achiziţie a datelor de 500 Hz, cantitatea minimă detectabilă este de 1,8 pg Carbon/sec, este dotat cu opţiunea debit constant în flacără îndiferent de variţia debitului în coloană, permite detecţia automată a stingerii flăcării şi reaprinderii automată a acesteia, oferă posibilitatea operării la o temperatură maximă de 450 ^oC. Detectorul Agilent Technologies 5975C MS XL EI/CI MSD cu Multiplicator cu Axă Triplă are un domeniu de masă cuprins în intervalul 1,5-150 amu, poate opera în mod de ionizare chimică sau cu impact electronic, poate funcţiona cu He sau H₂ ca gaz purtător, domeniul dinamic de operare este de până la 10⁶. Separatorul de masă de tip quadrupol în formă hiperbolică măreşte eficienţa de transmisie şi permite obţinerea unei rezoluţii îmbunătăţite fără a apela la mărirea complexităţii opticii spectrometrului. Instrumentul este destinat studiului amestecurilor de compuşi prin tehnica “comprehensive GC×GC”. În sistemul „GC×GC comprehensiv” a doua coloană poate fi controlată termic, independent de prima coloană, cu viteze de încălzire de minim 1800 ^oC/min. Instrumentul oferă posibilitatea analizelor în regim GC×GC MS, cu modulare, fără utilizare de agenţi criogeni. Biblioteci RTL, conţinând spectre şi timpi de retenţie, permit identificare de pesticide, alergeni (cel puţin 24), compuşi organici volatili din mediu (cel puţin 65), congeneri PCB (cel puţin 209), compuşi de interes în toxicologie şi criminalistică (cel puţin 270), arome (cel puţin 400), esteri ai acizilor graşi cei mai întâlniţi (cel puţin 30).

Analizoare (monitoare) și generatoare din seria ECOTECH, Australia

Seria de analizoare (monitoare) și generatoare ECOTECH include:

• Analizor de ozon, model O₃ Ecotech EC 9810A;
• Analizor de CO₂, model CO₂ Ecotech EC 9820;
• Analizor de CO, model CO Ecotech EC 9830A;
• Monitor pentru NO/NO₂, model NO_x Ecotech EC 9841;
• Analizor de SO₂, model SO₂ Ecotech EC 9850;
• Generator de ozon, model Ecotech GasCal 1100TS.

Analizatorul EC 9810A pentru O₃ funcționează în baza unui fotometru ultraviolet nedispersiv și utilizează drept sursă o lampă cu vapori de mercur. Linia centrală generată de sursă este de 240 nm, specifică bandei de absorbție a O₃. Analizorul de ozon acoperă un domeniu de măsură cuprins între 0-20 ppm, furnizând o limită de detecție de 2 ppb.

Principiul de funcționare al analizorului de CO₂ se bazează pe tehnica nedispersivă a radiației infraroșii, cu tehnologia corelării filtrelor de gaz (GFC) pentru a determina concentrația dioxidului de carbon din aerul ambiental cu interferență minimă de CO si H₂O. Analizorul de CO₂ acoperă domeniul de măsură 0-3000 ppm, cu limita de detecție de 2 ppb.

Pentru analizorul de CO, EC 9830A, principiul de funcționare se bazează pe tehnica nedispersivă a radiației infraroșii care permite determinarea nivelui de CO din aer în timp real, cu acuratețe și precizie înalte. Analizorul este autoscalabil și permite analiza CO pe cel puțin două domenii de concentrații: concentrații mici, cu un maxim de 100 ppb; concentrații mari cu un maxim de 200 ppm. Analizorul are o limită de detecție de 50 ppb.

Analizorul EC 9841A utilizează detecția în fază gazoasă cu ajutorul chemiluminiscenței pentru analiza NO, NO₂, NO_x. Instrumentul conține un sistem pneumatic, un convertor al NO₂-NO, o celulă de reacție, un detector tip tub cu fotomultiplicare și un procesor. Analizorul este autoscalabil si permite analiza oxizilor de azot (NO și NO₂) pe două domenii de concentrații: concentrații mici, de la 0 la 50 ppb, concentrații mari de la 0 la 20 ppm. Limita de detecție a analizorului este de 0,5 ppb.

Analizorul EC 9850 pentru SO₂ este un spectrometru de fluorescență în ultraviolet conceput pentru a efectua măsuratori continue de concentrații scăzute de SO₂ în aerul ambiental. Modelul EC 9850 cuprinde un ansamblu de senzori optici, un procesor de semnal electric, un micro procesor și un sistem pneumatic. Analizorul de SO₂ acoperă domeniile 0-50 ppb și 0-20 ppm. Limita de detecție este de 0,5 ppb cu filtru Kalman activ.

Generatorul de ozon, GasCal 1100TS, permite generarea și măsurarea ozonului eliberat. Sistemul poata efectua calibrari singulare sau în mai multe puncte privind cantitatea de ozon generată.

Sistem de scanare a mobilității particulelor de aerosoli – SMPS, Clasificator electrostatic TSI 3080 și Contor de particule condensate TSI 3787, TSI, SUA

Instrumentele de scanare a mobilității particulelor de aerosoli au aplicații în:

• cercetare în nanotehnologii și sinteza de materiale;
• studiul și monitorizarea atmosferei;
• studiul combustibililor și gazelor de eșapament;
• măsurători ale calității aerului;
• studii ale poluanților și materialelor toxice.

Instrumentul, cu software specializat, este destinat clasificării și contorizării numărului, volumului și suprafeței particulelor de aerosoli (particule aerodinamice). Clasificatorul electrostatic din Seria TSI 3080 este un instrument standard primar care generează de la o sursă polidispersă, aerosoli submicrometrici, monodisperși.

Clasificatorul neutralizează aerosolii polidisperși și utilizează un analizor de scanare a mobilității diferențiale (DMA) în vederea clasificării și micșorării domeniului de mărime într-un interval bine definit. Instrumentul SMPS este un aparat de înaltă rezoluție ce măsoară nanoparticulele și le caracterizează. Este larg folosit ca metodă de măsurare a particulelor din aer și a particulelor în suspensie. Analizorul SMPS folosește o tehnică discretă în care concentrația este măsurată direct fără a lua în considerare distribuția si forma particulelor. Metoda este independentă de indicele de refracție a particulelor sau lichidului și are un grad mărit de precizie și reproductibilitate.

Contorul de particule condensate, Seria TSI 3787, detectează aerosoli cu dimensiuni de până la 2,5 nm. Ca avantaje în exploatarea unor asemenea echipamente pot fi menționate:

• obținerea datelor la rezoluție ridicată, utilizând până la 167 de canale;
• domeniu larg de dimensiuni, cuprins între 2,5 și 1000 nm;
• domeniu larg de concentrații, cuprins între 1 – 10⁷ particule/ cm³;
• măsurători rapide, analiza distribuției particulelor în 15-30 secunde;
• controlul automat al debitului sistemului generator de aerosoli;
• măsurători discrete ale particulelor, sistemul funcționează foarte bine cu probe complexe independent de proprietățile optice ale acestora;
• ușor de setat și operat, fiind posibilă realizarea de măsurători în câmp.

Sistem pentru analiză termică TGA-DSC/DTA tip STA F3 Jupiter, Netzsch, Germany, cuplat cu un spectrometru FTIR tip Tensor 27, Bruker, Germania

Sistemul pentru analiza termică TGA-DSC/DTA, cu detecția gazelor prin spectrometrie IR cu transformată Fourier (FTIR), poate fi folosit pentru studiul comportamentului, la temperaturi ridicate, probelor de tip ceramic, compozit, polimeric, nanomateriale, aliaje.

Pot fi obținute informații legate de procesele de aditivare, îmbătrânire și descompunere, caracterizarea materiilor prime și naturale, analiza proceselor de sinteză sau a reziduurilor chimice. Cuptorul sistemului TG, confecționat din SiC, asigură operarea în intervalul de temperatură de la 20 °C la 1500 °C.

Sistemul TGA lucrează simultan cu 3 tipuri de gaze: 2 gaze sunt pentru purjare iar al treilea este gazul protectiv pentru balanță. Rezoluția balanței sistemului TG atinge valori de 1 µg, constantă pe întreg domeniul de măsurare.

Suportul de probă TG-DTA, prevăzut cu un senzor de temperatură, funcționează în intervalul termic 25-1550 ^oC. Sistemul operează cu creuzete de Al₂O₃ și creuzete din Pt/Ir cu volume variabile. Sistemul include o linie de transfer pentru gaze, interschimbabilă, confecționată din PTFE. Adaptorul, termostatat până la cel puțin 300 °C permite transferul gazelor, rezultate în urma analizelor, către detectorul de tip spectrometru FTIR.

Modulul TGA-IR include o celulă optică din oțel inoxidabil cu un drum optic de 123 mm. Domeniul spectral de operare acoperă intervalul 8000-340 cm^-1. Spectrometrul are un detector DLaTGS cu temperatură stabilizată folosind un sistem Peltier, respectiv un detector InGaAs.