Tecnologías para medición de ácido sulfhídrico H2S

1. Motivación

Para cualquier detector de H2S que se adquiera en el mercado mundial sería una utopía pensarlo como un detector perfecto. El desconocimiento del tipo de sensor o del ambiente de trabajo puede provocar que un instrumento, en aparente funcionamiento perfecto, falle drásticamente. Los siguientes aspectos deben ser de consideración:

1. Sensibilidad cruzada: todos los detectores de H2S, y de gases en general, padecen en mayor o menor medida de sensibilidad cruzada; esto es, un detector de H2S no solo responde a la presencia de H2S, también responde a la presencia de otros gases. Un caso particular sería que el sensor no responda a la presencia de H2S si éste se presenta combinado con otro gas.
2. Ahorro de recursos: la diferencia en costos para instrumentos de este tipo puede ser de 10 a 1. Una correcta interpretación de las especificaciones de los detectores, sumada al conocimiento del medio, puede proporcionar un sistema de alarma temprana con un costo que sea una fracción del otro propuesto. Por otro lado, una falsa alarma puede provocar costos operativos enormes en horas hombre perdidas.
3. Otras características a tener en cuenta: deriva en la medida, repetibilidad, resistencia a la contaminación (envenenamiento), sobrecarga, sistema de muestreo y filtros.

2. Principios de operación, sensores de estado sólido

En los sensores de estado sólido un material semiconductor se aplica a un sustrato no conductor y se le colocan dos electrodos. El sustrato se calienta a una temperatura que puede ser o no controlada, facilitando el cambio de conductividad del semiconductor ante la presencia del gas H2S. En la condición de cero gas las moléculas de O2 mantienen fijos los electrones del semiconductor, impidiendo la circulación de cargas eléctricas; dicho de otra manera, el semiconductor está en su estado de alta impedancia.

Cuando moléculas de H2S entran en contacto con la superficie, estas reemplazan a las de O2; esto da como resultado la liberación de electrones y una disminución en la resistencia eléctrica. Esta variación está relacionada de forma logarítmica con la concentración de H2S en el ambiente. Un efecto no deseado es que el desplazamiento de las moléculas de O2 por las de H2S no es el único mecanismo por el cual la impedancia del sensor cambia. Este es uno de los puntos débiles de los sensores de estado sólido, produciendo una larga lista de gases que provocan este mismo efecto.

3. Principios de operación, sensores electroquímicos

Los sensores electroquímicos se clasifican como celdas de combustión, donde tiene lugar un proceso de conversión de energía química a energía eléctrica. Pueden tener dos o tres electrodos, pero el principio básico de operación es el mismo. Existe una membrana que separa el ambiente exterior del interior de la celda; en el interior hay un electrolito y la membrana funciona como una barrera hidrófuga. Cuando las moléculas del gas en el exterior ingresan, se produce una óxido-reducción. Cerrando el circuito entre el ánodo y el cátodo, los electrones libres producidos pueden ser medidos con un circuito potenciostático. La señal de corriente es proporcional a la cantidad de gas que ingresa a la celda y, en consecuencia, a la concentración del gas exterior.

Si bien se tiene una selectividad mayor que en el caso de sensores de estado sólido, H2S no es el único gas que produce señal; incluso la presencia de determinados gases puede invertir los procesos de óxido-reducción obteniendo medidas negativas. Por motivos oscuros, los fabricantes de sensores de estado sólido generalmente no hacen públicos documentos donde muestren una tabla de sensibilidad cruzada. En cambio, los fabricantes de sensores electroquímicos normalmente incluyen en sus hojas de datos tablas de sensibilidad cruzada, aunque esta no es toda la historia.

En mi experiencia en campo, y luego de realizar medidas, he comprobado que una larga lista de gases, tan comunes como los que aparecen en las tablas proporcionadas por el fabricante, tienen sensibilidad cruzada con los gases de interés. En varios casos los fabricantes me han enviado tablas complementarias. Como conclusión, se deberían hacer pruebas si se sospecha que un determinado tipo de gas estará en contacto con el detector, aunque no esté especificado por el fabricante.

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