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Herramientas de Ingeniería
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Medida de la concentración de Azufre en procesos industriales

El azufre es un elemento conocido desde la antigüedad y aunque es innegable su utilidad en muchas aplicaciones industriales, ya en la Biblia se le relacionaba con la destrucción y el diablo. Hoy en día, se sabe que los compuestos de azufre provocan graves problemas de contaminación y de salud. Igualmente, en las plantas industriales, la presencia de compuestos de azufre provoca una serie de problemas tales como corrosión o la formación de atmósferas muy toxicas y/o potencialmente explosivas para los que hay que tomar precauciones especiales.

El caso es que se trata de un elemento muy abundante en la corteza terrestre, que aparece no sólo en zonas volcánicas sino también en otros lugares con interés industrial tales como los pozos de gas natural o de petróleo. Por tanto, parece que no nos queda mas remedio que tratar con él.

Algunos problemas ocasionados por el azufre

El ser humano ha evolucionado de forma que es capaz de detectar fácilmente algunos de los compuestos de azufre más habituales, mediante el olfato. Por ejemplo, el ácido sulfhídrico (H2S), que se genera como descomposición de la materia orgánica, es detectado incluso en muy bajas concentraciones con un olor característico que podríamos describir como de huevos podridos. En principio es una suerte que esto sea así, ya que es suficiente una concentración en el aire de unas 500 partes por millón (ppm) durante un tiempo breve para que produzca la muerte. Es uno de los gases más mortales que pueden encontrarse en un entorno industrial. Con 20-50 ppm en el aire podemos empezar a tener problemas graves. Con tan solo 0.2 ppm el ser humano es capaz de detectar su olor, sin embargo por desgracia, cuando las concentraciones son altas se pierde la capacidad de olerlo lo que hace que sea un gas extremadamente peligroso. Además de su toxicidad, es un gas inflamable que puede provocar accidentes. Es más pesado que el aire, por lo que se acumula en las zonas bajas.

El H2S es un gas altamente corrosivo, que ha dado lugar a certificaciones específicas que frecuentemente se le piden a los materiales que van a estar en contacto con él.

La lluvia ácida también es ocasionada en parte por el azufre. Se forma cuando la humedad del aire se combina con los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre dando lugar a ácido sulfúrico y ácidos nítricos que con la lluvia caen sobre nosotros. Durante la combustión de derivados del petróleo, se produce dióxido de azufre, SO2, (S + O2 -> SO2), el cual una vez en la atmósferta y con el tiempo, se oxidará para formar trióxido de azufre, SO3,  ( 2 SO2 + O2 -> 2SO3 ). El SO3, finalmente, reaccionará con la humedad del ambiente para formar ácido sulfúrico, H2SO4, ( SO3 + H2O ->  H2SO4 ), que disuelto en las gotas de agua dará lugar a lluvia ácida.

Fluorescencia del azufre
Una de las características del azufre, que es utilizada en algunos métodos para su análisis, es su fluorescencia. Las sustancias fluorescentes son aquellas que cuando reciben luz, absorben parte de su energía, y liberan parte de esa energía nuevamente en forma de luz. El proceso no es perfecto, por lo que no entregan tanta energía como han absorbido, sino que siempre hay alguna pérdida en forma de calor. Es por ello por lo que estas sustancias suelen emitir a una longitud de onda mayor (de menos energía) que la que recibieron.

Nota: no debe de confundirse fluorescencia  con fosforescencia. La principal diferencia entre ambas radica en que para esta última siempre transcurre un tiempo desde que se hace incidir luz sobre la sustancia hasta que deja de emitir luz (este fenómeno se usa por ejemplo en las manecillas de algunos relojes para que sigan brillando en la oscuridad). Sin embargo, la fluorescencia es un fenómeno instantáneo (realmente de nanosegundos)

El mecanismo por el cual se produce la fluorescencia es el siguiente: al hacer incidir luz, estamos bombardeando la sustancia con fotones. Estos fotones consiguen que algunos electrones pasen a estar excitados y adquieran una mayor energía. Posteriormente, estos fotones pierden esta energía extra y pasan a estados de menor energía. Pero esa energía que pierden tiene que ir a algún sitio, pues bien, se pierde en forma de luz (emitiendo nuevos fotones) y también en forma de calor. Puesto que se ha perdido parte de la energía en calor, los fotones emitidos por la sustancia fluorescente tienen menor energía, es decir tendrán una mayor longitud de onda. El que la longitud de onda sea mayor es útil para determinados métodos de análisis ya que permite distinguir entre la luz incidente y la que procede de la fluorescencia.

Hasta ahora hemos hablado de fluorescencia de luz UV, sin embargo el fenómeno de fluorescencia también se puede producir con rayos-X. En este caso al incidir los rayos X sobre el material algunos átomos se ionizan perdiendo uno o más electrones. Esta pérdida hace que el átomo no esté en una situación estable y electrones de niveles de energía más altos caen hacía niveles de energía menores. Esta caída implica una pérdida de energía que tiene que "irse" de alguna manera. Pues bien, se va en forma de emisión de fotones que serán emitidos con una energía "característica" igual a la diferencia entre los niveles de energía. Se llama radiación característica porque la energía a la se emite es propia del tipo de material. Además un mismo material puede emitir rayos x con más de una longitud de onda.

Gracias a estos fenómenos de fluorescencia existen en el mercado analizadores que son capaces de determinar el contenido en azufre directamente en proceso, siendo capaces de determinar si estamos dentro de los límites aceptables. Existen otros métodos de proceso para la medida del azufre: cinta de acetato de plomo (cada vez en más desuso debido a cuestiones medioambientales), cromatografía, absorción de UV (parecido a la fluorescencia UV, pero lo que se mide no es la fluorescencia si no la absorción de los UV al pasar a través de la muestra. Es menos utilizado).