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文章分类:文章中心人气:81 次访问时间:2024-03-29 08:03

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3、微型光纤光谱仪在过程监测中的应用

随着微型光纤光谱仪的出现,光谱技术也正在经历一场从实验室到生产现场的革命,并转变为以待测样品为中心设计现场仪器的实用技术。 在实际生产应用中,出现了紫外、可见光、近红外、拉曼散射、荧光分析等多平台在线测量系统。

3.1 紫外-可见光测量的在线应用

可用于传导紫外光的优质光纤、阵列探测器和化学计量学算法的引入,使得经典的紫外-可见光分析技术跨过了在线测量的门槛,在工业领域有着广泛的应用在线监控。

3.1.1 紫外-可见吸收光谱的测量

基于Beer-Langbert定律,溶液或气体中化学成分对光的定量吸收,结合化学计量学算法对紫外光谱数据信息的挖掘,可实现多组分混合物的“数学分离”测定。 例如,Valerie Feigenbrugel 等人。 [11]建立了基于CCD阵列探测器的紫外光谱技术检测丙酮、对甲氨基酚、二嗪磷和敌敌畏等杀虫剂摩尔吸收系数的实验方法。 Remo Bucci 等人。 [12] 将紫外-可见光谱分析用于工业酒精的检测,非常适用于工业生产中大量样品的检测。 这些方法取代了传统化学分离测定的繁琐过程,作为在线测量系统的“软件”部分,适应了在线快速检测的要求。

3.1.2 膜厚测量

应用光干涉原理,微纤维光谱仪可以测量25 µm的薄膜厚度,分辨率(FWHM)为1.5 nm。 在生产线上构建光纤光谱仪和光纤探头的实时测量系统,为高精度工件加工和工业镀膜过程的在线质量监控提供了灵活方便的测量手段。

3.1.3 颜色测量

颜色测量是根据发色团在可见光范围(380-780nm)的基频吸收原理,将测得的光谱转换成CIE规定的颜色空间L*、a*和b*值。 结合光纤光谱仪测量系统的浸入式透射探头、反射探头或积分球采样附件,可方便完成溶液、酒类产品、纺织品、纸张等系列产品。 生产过程中的颜色质量控制。

3.1.4 LED分析测量

结合积分球的使用,光纤光谱仪可以方便快捷地测量LED的绝对辐射和颜色等参数,在LED生产的质量控制中具有重要的应用。 #p#页面标题#e#

此外,可见光谱的应用也越来越多。 程志海等。 [13]利用CCD光纤光谱仪实现了煤粉火焰温度的在线测量和K原子特征谱线的相对强度。 这种方法具有简单、可靠等优点。

3.2 近红外光谱在线应用

近红外光谱是自 1990 年代以来发展最快、最引人注目的光谱分析技术。 由于其仪器简单、分析速度快、无损、样品制备量小,无需样品前处理即可直接测定,适用于几乎所有类型的样品(液体、涂层、粉末或固体)。 出色的表现。 另外,近红外光在光纤传输中几乎是无损耗的。 结合光纤技术,可轻松实现远距离多点同时测​​量。 适合远离现场搭建在线监控系统,这是其他方法无法比拟的。

随着新型近红外光纤光谱仪的出现和软件的升级,近红外光谱的应用和研究出现了新的局面。 近红外光谱在线测量分析技术在烟草[14]、医药[15-17]、石油化工[18]、造纸[19]和食品轻工[20]等领域的应用最为活跃。

3.3 拉曼散射光谱在线应用

拉曼光谱分析技术以其快速的检测速度和实时获取详细化学信息的能力,越来越多地应用于连续或间歇反应过程控制中。 光纤技术的引入使测试人员远离危险的工作场所,实现了远程采样和分析。

Dao 等人的实验室。 证明了拉曼光纤探针方法用于远程、原位多组分检测的可能性 [21]。 李等。 使用拉曼光谱仪同时测量生化反应器中葡萄糖、醋酸纤维素、甲酸盐和苯丙氨酸等多种成分的浓度 [22]。 鲍尔等。 使用结合 FT-Raman 光谱和非接触式光纤探头的测量系统来测量乳液聚合中苯乙烯单体的浓度变化 [23]。 Wenz 研究了利用拉曼光谱监测 ABS 生产的接枝共聚过程,并确定了合适的反应终点 [24]。 McCaffery 讨论了低分辨率拉曼光谱在小批量生产中直接监测分批乳液聚合的应用 [25]。 在食品工业中,拉曼光谱在碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素和色素的在线快速检测和质量控制方面发挥着重要作用[26]。

此外,表面增强拉曼散射(SERS)效应极大地促进了拉曼光谱在许多领域的应用。 随着激光技术的发展和检测装置的改进,用于在线监测的拉曼光谱分析技术将越来越广泛地应用于现代工业生产中。

3.4 激光测量

3.4.1 激光波长测量

随着激光在工业领域的广泛应用,激光的波长测量成为迫切需要。 利用微型光纤光谱仪可以准确快速地监测,直接得到的数据信息比常用的波长计和扫描FP腔法更完整,即激光的绝对波长和形状可同时获得激光光谱,且仪器结构紧凑,可方便地集成到系统中进行操作。 #p#页面标题#e#

3.4.1 激光诱导击穿光谱(LIBS)

LIBS技术是利用高能激光光源在分析样品表面形成高强度激光光斑(等离子体)光纤光谱仪价格,使样品受激发光,然后将光引入检测系统光谱仪通过光纤进行分析。 该技术对材料中的大部分无机元素非常敏感,测量精度可达ppm级,样品可以是固态、液态或气态。

3.5 荧光分析

荧光测量需要高灵敏度的检测器和有效的过滤器,这些过滤器可以区分光合样品从激发光源发出的相对较弱的荧光。 光纤光谱仪可在360-1000nm范围内检测溶液和粉末的表面荧光。 荧光分析技术的应用还可以测量样品中氧的绝对含量。 LED激发光源与带有光纤荧光探头的微型光谱仪可组成氧浓度传感器。 该测量系统基于荧光猝灭程度与氧浓度相关的原理进行实时监测。

四、展望

光纤光谱仪具有系统模块化、灵活性强、仪器结构紧凑、体积小、内部无活动部件、波长覆盖范围广(190-2500nm)、测量速度快(小于0.1第二)。 光谱仪采用低成本的通用型探测器,大大降低了使用的价格门槛。 近年来,化学计量学、光纤和计算机技术的发展光纤光谱仪价格,为以光纤光谱仪为核心的在线监测系统提供了极为广阔的应用空间。

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