Un metanizador es un equipo utilizado en un cromatógrafo de gases para detectar bajas concentraciones de dióxido de carbono y monóxido de carbono . El metanizador consiste en un detector de ionización de llama y un reactor catalítico instalado frente a él, lleno de níquel fino , donde los óxidos de carbono se hidrogenan en metano . Luego, el metano se detecta en el FID .
La reducción catalítica en línea de monóxido de carbono a metano para la detección de este último en FID fue descrita por Porter y Volman [1] , quienes sugirieron que tanto el dióxido de carbono como el hidrógeno también podrían convertirse en metano en el mismo catalizador de níquel. Esto fue confirmado por Jones y Thompson [2] quienes determinaron los parámetros operativos óptimos para cada gas.
CO 2 + 2H 2 ↔ CH 4 + O 2
2CO + 4H 2 ↔ 2CH 4 + O 2
El catalizador consta de un recubrimiento de níquel al 2 % en forma de nitrato de Ni depositado sobre un soporte cromatográfico como Chromosorb G. Se empaqueta un lecho de 1½" en el codo de un bloque de tubo en U de acero inoxidable de 8"×1/8". de modo que sus extremos sobresalgan hacia abajo en el horno de columna, para facilitar la conexión a la salida de la columna o al FID y la base del FID, o mediante el uso de hidrógeno como gas portador.
La conversión de CO y CO 2 en CH 4 comienza a una temperatura del catalizador inferior a 300 °C, pero no llega a completarse y el pico tiene una pluma bien marcada. Aproximadamente a 340 °C, la conversión se completa, como lo indican las mediciones del área, pero hay algo de penacho que limita la altura del pico. A 360°C–380°C, la pluma se elimina y la altura del pico prácticamente no cambia hasta los 400°C. Aunque se ha informado que a temperaturas superiores a 350° el CO comienza a descomponerse para formar carbono [3] , este es un fenómeno bastante raro.
La eficiencia de conversión es casi del 100% desde el nivel mínimo detectable hasta un flujo de CO o CO2 en el detector de aproximadamente 5x10 -5 g/s. Esto corresponde a una concentración mínima detectable de alrededor de 200 ppb y una concentración máxima de alrededor del 10 % en una muestra de 0,5 ml. Ambos valores dependen del ancho del pico.
Ciertos elementos y compuestos pueden desactivar el catalizador. En nuestro laboratorio se han probado los siguientes:
Dado que el catalizador, antes de reducirse, consiste en óxido de níquel soportado , se esperaría poder regenerarlo con O 2 puro . Ni el tratamiento con O 2 puro a la temperatura normal de funcionamiento ni la exposición a una corriente de H 2 puro suelen tener éxito. Es posible que el tratamiento del O 2 a una temperatura más alta hubiera tenido éxito, pero dado que esto significa quitar el catalizador del tubo, es más fácil volver a empaquetarlo más tarde o reemplazar el tubo completo. Se sabe que algunos catalizadores han mejorado su rendimiento invirtiendo la dirección del flujo de H2 en la columna de catalizador.
Por lo general, el catalizador funciona perfectamente bien, a menos que algún componente de la muestra lo destruya, como trazas (e indetectables) de gases que contienen azufre. El efecto del envenenamiento del catalizador es siempre el mismo: los picos de CO y CO 2 comienzan a dejar rastros. Si solo el CO da una pluma, es posible que la causa deba buscarse en la columna, por ejemplo, los tamices moleculares 13X siempre causan una pequeña pluma en el CO. Si el penacho es mínimo, elevar la temperatura del catalizador puede proporcionar una mejora suficiente para su uso posterior.
En el caso de un catalizador recién empacado, el penacho generalmente indica que parte del lecho del catalizador no está lo suficientemente caliente. Esto puede deberse a que la capa se extiende demasiado dentro de las patas del tubo en U. Es posible que una capa más larga mejore el límite de conversión superior, pero si ese es el objetivo, el paquete aún no debe extenderse más allá del bloque de calentamiento.