El elemento hidrógeno se encuentra en materiales orgánicos e inorgánicos en una variedad de compuestos químicos. Por ello, se necesitan analizadores especiales para el análisis del hidrógeno que permitan determinar de manera fiable las concentraciones de hidrógeno.
Análisis de hidrógeno en muestras de materiales orgánicos
Para las muestras de materiales orgánicos como el carbón, la madera o los residuos, la concentración de hidrógeno es un indicador importante para determinar el poder calorífico. En la mayoría de los casos, el hidrógeno estará químicamente unido al material orgánico, por ejemplo, en un compuesto de carbono-hidrógeno. Proporciona energía de combustión adicional durante la combustión del material en centrales eléctricas de carbón o fábricas de cemento. El vapor de agua generado durante la combustión debe ser eliminado (evaporado) posteriormente para reducir significativamente el valor calorífico efectivo en presencia de hidrógeno.
El análisis de las concentraciones de hidrógeno orgánico mediante analizadores elementales se realiza mediante combustión en hornos de tubos cerámicos a temperaturas de hasta 1.550 °C en una atmósfera de oxígeno. El vapor de agua resultante se mide en una célula de infrarrojos. Algunos analizadores, como el CHS-580 y el CHS-580A de ELTRA, permiten el análisis combinado de hidrógeno, carbono y azufre.
Análisis de hidrógeno en muestras de materiales inorgánicos
Las propiedades de los materiales inorgánicos, como el acero y el titanio, están claramente influenciadas por el contenido de hidrógeno. Cuanto mayor es el contenido de hidrógeno, mayor es el riesgo de que el material se vuelva frágil. Esto puede ser un problema, especialmente para productos médicos como prótesis de cadera o endoprótesis.
El análisis de hidrógeno en materiales inorgánicos puede realizarse mediante diversos métodos. El análisis más completo (contenido total de hidrógeno) se realiza mediante fusión y posterior fusión bajo gas inerte, por ejemplo, con el analizador ONH-p de ELTRA.
La fusión de la muestra tiene lugar en un crisol de grafito, calentado a 3.000 °C. El hidrógeno liberado se mide en una célula de conductividad térmica junto con nitrógeno como gas portador. Esta medida detecta el hidrógeno en todas sus formas de unión posibles: tanto el hidrógeno residual como el hidrógeno químicamente ligado (por ejemplo, en un hidruro) se libera y se detecta a estas temperaturas.
Contenido de hidrógeno residual y difusible
Además, el contenido de
hidrógeno residual puede determinarse exclusivamente a temperaturas de hasta 1.000 °C, por ejemplo, con el H-500 de ELTRA. En este horno de tubo de cuarzo con temperatura controlada, la muestra permanece sólida durante la medición y el hidrógeno residual se extrae con nitrógeno como gas portador (fusión de gas inerte).
El hidrógeno liberado se mide en una célula de conductividad térmica. Dependiendo de la naturaleza química de la muestra y de la temperatura aplicada, sólo se detecta el hidrógeno residual, pero no el hidrógeno químicamente ligado.
El análisis del contenido de
hidrógeno difusible es un verdadero desafío. Con un dispositivo de muestreo especial, se toma una muestra de acero fundido y se enfría lentamente a temperatura ambiente. El hidrógeno liberado se recoge en el dispositivo de muestreo, que se abre mediante un perforador. Cuando se abre el dispositivo de muestreo en frío, el hidrógeno recogido se enjuaga con el gas portador a temperatura ambiente y se mide en una célula de conductividad térmica.
