Che cos'è un sensore al solfuro di idrogeno?
Un sensore di idrogeno solforato (H 2 S) è un sensore di gas che può essere costruito secondo diverse specifiche di progettazione per rilevare i livelli di idrogeno solforato creati durante i processi industriali e biologici. Tali sensori sono molto importanti in vari settori a causa del fatto che l'idrogeno solforato è un gas estremamente tossico. L'inalazione da 500 a 1000 parti per milione (ppm) in volume porta quasi sempre all'incoscienza e alla morte immediate. Alcune unità sensore di idrogeno solforato sono componenti di emergenza monouso, mentre altre progettazioni di sensori H 2 S sono realizzate per rilevare ripetutamente il gas e durare per molti anni.
Molte industrie hanno bisogno del sensore di idrogeno solforato, ma tra le più comuni vi sono l'industria petrolchimica dove si tratta di un sottoprodotto naturale della produzione di petrolio greggio e di gas naturale e di impianti municipali di trattamento delle acque reflue. Le aree correlate che producono idrogeno solforato comprendono l'allevamento ittico o l'acquacoltura, lo stoccaggio di letame per fertilizzanti e le regioni in cui esistono gas vulcanici o sorgenti termali. Le raffinerie e le piante da forno a coke che convertono il carbone in coke attraverso un processo di riscaldamento in un ambiente privo di ossigeno sono anche luoghi in cui un sistema di rilevamento del sensore di idrogeno solforato è fondamentale. Anche le cartiere, le acciaierie e le concerie producono il gas e, poiché è un sottoprodotto naturale della decomposizione della materia organica da parte dei batteri, rappresenta anche un potenziale pericolo in diversi tipi di fabbriche di trasformazione alimentare.
La capacità di rilevare naturalmente livelli pericolosi ma molto bassi di idrogeno solforato nell'aria può essere difficile per diversi motivi. Uno dei motivi è che si tratta di un gas incolore e trasparente più pesante dell'aria, in modo che tende a stabilizzarsi a bassi livelli negli edifici in cui inizialmente potrebbe passare inosservato. Mentre ha un odore di uovo marcio a basse concentrazioni, l'odore cambia in uno dolce a livelli più alti, che può confondere i sensi. Esistono, quindi, diversi metodi per rilevare il gas in campioni biologici rispetto alle concentrazioni di aria o acqua.
Un design tipico per un sensore portatile per uso continuo si basa su una cella a combustibile con sistema microelettromeccanico (MEMs) che può operare tra -22 ° e 122 ° Fahrenheit (tra -30 ° e 50 ° Celsius) e utilizza il principio di elettricità resistenza. Il sensore MEMs è costruito su un materiale semiconduttore a ossido di metallo (MOS) di microscopici ossidi di stagno o pellicole di metallo dorato che rispondono ai cambiamenti della resistenza elettrica quando passa gas idrogeno solforato. Tali sensori hanno tempi di risposta rapidi e possono essere precisi fino a 25 parti per miliardo (ppb), ma, il più delle volte, sono progettati per rilevare solo livelli più elevati di gas. Sono economici, tuttavia, e sono comunemente impiegati in condizioni climatiche difficili, come la prospezione e la perforazione di petrolio e gas.
Un sensore al solfuro di idrogeno progettato per rilevare il gas nell'acqua e nei fanghi si basa anche sul principio della potenziometria o sui cambiamenti della forza elettromotrice nell'acqua. I rilevatori d'acqua possono misurare livelli di gas a meno di 0,3 ppb e sono spesso integrati in pHmetri standard utilizzati nell'industria del trattamento delle acque reflue. Richiedono una calibrazione frequente per essere precisi, tuttavia, che di solito è programmato una volta al mese. Si verifica un problema frequente del sensore di deriva con le unità necessarie per misurare tali livelli fini, il che indica che la lettura dell'uscita visualizzata è sfalsata rispetto al valore misurato effettivo. In un sensore al solfuro di idrogeno utilizzato in un ambiente liquido, un intervallo di deriva di ± 0,5 millivolt (mV) è standard, ma le letture possono spesso raggiungere fino a 2 mV in un mese nelle letture.
Altri tipi di sensori di idrogeno solforato sono integrati in unità portatili trasportate da personale dei servizi di emergenza in grado di rilevare altri gas pericolosi come il monossido di carbonio. Tipi simili di unità collocate in strutture sono resistenti alla corrosione e agli esplosivi, che sono due proprietà del gas idrogeno solforato. Sono in grado di funzionare da due a cinque anni con un consumo di energia molto basso e nessun degrado nella capacità di rilevamento continuo dopo essere stati esposti al gas.
Il livello di sensibilità e i tempi di risposta di meno di un minuto sono stati migliorati negli ultimi anni per il sensore al solfuro di idrogeno incorporando materiali progettati su scala nanometrica. Ciò supporta le nuove normative negli Stati Uniti a partire dal 2010. L'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) ha ridotto i livelli di esposizione accettabili al gas per una media ponderata di otto ore da 10 ppm a 1 ppm e un livello di esposizione a breve termine di 15 ppm fino a 5 ppm.