NDIR: confronto con gli altri sensori di gas

Nei reparti di produzione, nelle centrali termiche e negli ambienti chiusi ad alta densità di occupazione, la misura della concentrazione di gas non è un dato di contorno: determina l’allarme di sicurezza, la portata di ventilazione e la conformità alle procedure interne. Un sensore che deriva di qualche centinaio di ppm nell’arco di un anno, o che si avvelena dopo poche esposizioni, produce falsi allarmi o, peggio, silenzi pericolosi. Il costo non è lo strumento: sono i fermi impianto ingiustificati e le verifiche ripetute. Per questo il confronto fra l’assorbimento infrarosso non dispersivo (NDIR) e gli altri principi di rilevamento va affrontato prima della scelta.

Il metodo sfrutta un fatto fisico semplice: ogni molecola poliatomica assorbe la radiazione infrarossa a lunghezze d’onda caratteristiche, legate ai suoi modi di vibrazione. Una sorgente emette nel medio infrarosso, il fascio attraversa una camera di misura di lunghezza nota e un rivelatore filtrato legge quanta radiazione manca. La legge di Lambert-Beer trasforma quell’attenuazione in concentrazione, senza che il gas reagisca con nulla.

Da qui discende tutta la differenza rispetto ai sensori a reazione. Le celle elettrochimiche consumano un reagente, i pellistor bruciano il gas su un catalizzatore, i semiconduttori modificano la propria conducibilità superficiale. Il metodo ottico non consuma il campione e non consuma sé stesso: è questo, molto più della risoluzione dichiarata, a determinare vita utile, intervalli di calibrazione e affidabilità nel tempo.

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Che cosa misura davvero un rivelatore di gas: la selettività verso il bersaglio

Un rivelatore di gas non misura una sostanza: misura una grandezza fisica che si presume proporzionale alla sua concentrazione. La distinzione conta, perché ogni famiglia di sensori sbaglia in modo diverso. Il parametro decisivo è la selettività verso il gas bersaglio, cioè quanto la lettura resta stabile in presenza di altre specie. Un sensore a semiconduttore di tipo MOS risponde in modo ampio a molti gas riducenti e distingue male il metano dai vapori di solvente; una cella elettrochimica è più selettiva ma sensibile a interferenti noti; un rivelatore a fotoionizzazione risponde a tutto ciò che ha potenziale di ionizzazione sotto l’energia della lampada. Il metodo ottico è selettivo per costruzione: il filtro interferenziale sceglie la banda di assorbimento della molecola, e ciò che non assorbe a quella lunghezza d’onda semplicemente non viene visto.

Assorbimento infrarosso non dispersivo (NDIR): confronto metodi e criteri di scelta

Il confronto va impostato su criteri operativi, non su una graduatoria assoluta. La misura ottica non richiede ossigeno per funzionare, quindi legge correttamente in atmosfere inertizzate con azoto o sature di anidride carbonica, dove pellistor e celle elettrochimiche perdono validità perché il loro principio dipende da una reazione con l’ossigeno presente. In compenso il metodo vede solo ciò che assorbe nel medio infrarosso: anidride carbonica, metano, idrocarburi in genere, protossido di azoto, esafluoruro di zolfo. Le molecole biatomiche omonucleari, idrogeno e azoto in primo luogo, non producono alcun assorbimento infrarosso perché prive di momento di dipolo variabile: per l’idrogeno restano indispensabili catalitici o celle dedicate. L’ossigeno stesso si misura per via paramagnetica o elettrochimica, mai in infrarosso. La scelta si decide quindi prima sul gas, poi sulle prestazioni.

Deriva, avvelenamento e vita utile: dove i sensori si guastano in silenzio

La differenza più costosa nel ciclo di vita riguarda deriva e degrado. Le celle elettrochimiche hanno un elettrolita che si consuma e una vita utile tipica di due o tre anni, con perdita di sensibilità progressiva anche se non esposte. I pellistor soffrono l’avvelenamento da siliconi, composti solforati e alogenati, che disattiva il catalizzatore in modo permanente e spesso silenzioso: lo strumento continua a leggere zero anche in presenza di gas. I sensori MOS derivano con umidità e temperatura e richiedono compensazione. La banda ottica non si consuma; la deriva residua nasce dall’invecchiamento della sorgente e dallo sporcamento delle finestre, entrambi correggibili con un canale di riferimento a lunghezza d’onda non assorbita. Il tempo di risposta resta confrontabile, dell’ordine di alcune decine di secondi.

Le norme di riferimento: EN 50543, EN 45544 e ISO 16000-26

Il quadro normativo separa nettamente gli impieghi. La EN 50543 fissa i requisiti per gli apparecchi elettronici portatili e fissi destinati alla rilevazione dell’anidride carbonica negli ambienti in cui si impiegano impianti frigoriferi e di refrigerazione, con soglie di allarme e prove di funzionamento definite. La EN 45544 tratta gli apparecchi elettrici per la rilevazione diretta e la misura della concentrazione di gas e vapori tossici, e stabilisce i requisiti prestazionali per la valutazione dell’esposizione professionale. La ISO 16000-26 riguarda invece la qualità dell’aria in ambienti confinati e definisce la strategia di campionamento per l’anidride carbonica, grandezza usata come indicatore indiretto del ricambio d’aria. Ciascuna norma prescrive verifiche periodiche con gas di taratura certificato e documentazione dell’esito.

Costo, calibrazione e ritorno: quando il metodo ottico conviene

Il vantaggio economico del metodo ottico emerge sul medio periodo. Il costo di acquisto è generalmente superiore a quello di una cella elettrochimica o di un pellistor, ma la calibrazione periodica resta necessaria in tutti i casi e la sostituzione dell’elemento sensibile, voce ricorrente per gli altri principi, qui non si presenta con la stessa frequenza. Nella misura continua della qualità dell’aria interna, dove l’anidride carbonica va monitorata per anni senza interruzioni, la stabilità nel tempo è il criterio dominante. Per la ricerca di fughe su idrocarburi la scelta dipende invece dalla soglia richiesta e dalla presenza di interferenti.

Per approfondire il principio fisico, la struttura della camera di misura, il ruolo del canale di riferimento e i limiti di applicabilità del metodo, si veda la pagina dedicata all’Assorbimento infrarosso non dispersivo (NDIR).

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