Sử Dụng Quang Phổ Trong Quản Lý Sản Xuất Cảm Biến Quang Học Để Phát Hiện Khí Thải Nguy Hiểm

GIỚI THIỆU

Quang phổ rất cần thiết trong quá trình sản xuất và vận hành các cảm biến quang học được thiết kế để theo dõi lượng khí thải nguy hiểm. Những cảm biến này rất quan trọng đối với an toàn môi trường, tuân thủ quy định và giám sát công nghiệp. Trong quá trình sản xuất, quang phổ đảm bảo đặc tính chính xác của vật liệu, bao gồm độ dày và độ tinh khiết của màng mỏng được sử dụng trong cảm biến. Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc hiệu chỉnh các cảm biến, đảm bảo phát hiện bước sóng chính xác và phản ứng với các nồng độ khí khác nhau. Kỹ thuật quang phổ cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát quy trình sản xuất tại chỗ, theo thời gian thực, tăng cường kiểm soát chất lượng bằng cách xác minh rằng các cảm biến đáp ứng các thông số kỹ thuật cần thiết.

Khi vận hành, các cảm biến này dựa trên nguyên lý quang phổ để phát hiện và đo các loại khí độc hại như NOx, SOx và VOC bằng cách xác định các dấu hiệu quang phổ riêng biệt của chúng. Phân tích dữ liệu nâng cao tiếp tục tối ưu hóa hiệu suất cảm biến, cải thiện độ nhạy và độ chọn lọc. Quang phổ đảm bảo rằng các cảm biến hoạt động chính xác và đáng tin cậy, giúp các ngành công nghiệp tuân thủ các quy định về môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nhìn chung, quang phổ là một phần không thể thiếu trong quá trình phát triển và triển khai các cảm biến quang học nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe con người bằng cách cung cấp khả năng giám sát chính xác lượng khí thải độc hại.

PHƯƠNG PHÁP

Giám sát quy trình là một thành phần quan trọng của kiểm soát chất lượng, bao gồm việc liên tục quan sát và phân tích các quy trình sản xuất để đảm bảo chúng hoạt động theo các thông số xác định. Nó giúp phát hiện những sai lệch hoặc kém hiệu quả trong thời gian thực, cho phép thực hiện các hành động khắc phục ngay lập tức để ngăn ngừa lỗi và duy trì chất lượng sản phẩm. Thực hành này rất quan trọng trong các ngành mà tính nhất quán và độ chính xác là rất quan trọng, chẳng hạn như sản xuất, dược phẩm và sản xuất thực phẩm.

Các công cụ nâng cao như cảm biến, hệ thống tự động và phân tích dữ liệu thường được sử dụng trong giám sát quy trình để theo dõi các biến số như nhiệt độ, áp suất và thành phần hóa học. Bằng cách duy trì các biến này trong giới hạn đã đặt, việc giám sát quy trình giúp tối ưu hóa hiệu quả sản xuất, giảm lãng phí và đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng. Ngoài ra, giám sát quy trình góp phần bảo trì dự đoán bằng cách xác định các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng dẫn đến hỏng thiết bị, từ đó giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và nâng cao năng suất tổng thể.

ỨNG DỤNG

“Ứng dụng quang phổ Raman vào hoạt động của cảm biến khí: từ nghiên cứu tại chỗ đến nghiên cứu operando” là một ví dụ điển hình cho thấy rõ cách thức hoạt động của quang phổ trong việc quản lý quy trình sản xuất cảm biến khí.

Quang phổ Raman, nói chung có thể xác định các tính năng của cảm biến dựa trên đặc điểm phát hiện rung động trong cảm biến hoặc môi trường tổng hợp. Trong các nghiên cứu này, các vật liệu cảm biến khí điển hình như SnO2, WO3 và In2O3 đã được nghiên cứu đối với nhiều loại khí mục tiêu bao gồm các khí thải như H2S, CO, NH3, NO2 và các loại khác (CH4, H2, ethanol (EtOH), và acetaldehyde (acetald.)).

Quang phổ trên cảm biến khí

Hình 1a biểu thị các đỉnh ưu thế của SnO2 ở 618 cm⁻¹ , các dạng bề mặt trong khoảng từ 450 đến 700 cm⁻¹ và tín hiệu ở 990 cm⁻¹ , được cho là do sự hiện diện của các ion SO42− gây ra. Cường độ phổ Raman giảm và dải rộng, ở khoảng 350 cm⁻¹ Sau khi chuyển sang khí quyển H2S. Hình 1b mô tả sự thay đổi cường độ Raman của các dải ở 960 và 1600 cm⁻¹ . Bề mặt chứa các loại cacbon trong quá trình tiếp xúc với CH4 dẫn đến giảm cường độ của chế độ 960 cm^-1 .

Trong bài đánh giá này, chúng tôi đã tóm tắt tác động của quang phổ Raman rung động trong việc nâng cao hiểu biết cơ học của chúng tôi về hoạt động của cảm biến khí oxit kim loại bằng cách bắt đầu từ các ứng dụng tại chỗ ban đầu đến trạng thái kiến thức hiện tại bằng cách sử dụng nhiều phương pháp quang phổ operando. Như đã thảo luận ở trên, quang phổ Raman có thể được áp dụng cho nhiều loại vật liệu cảm biến tiết lộ thông tin có giá trị về cấu trúc bề mặt (phụ), bao gồm các nhóm hydroxyl và sự hiện diện của chất hấp phụ.

Hình 1. a) Phổ Raman tại chỗ của viên SnO2 khi tiếp xúc với hai chu trình H2S-không khí 300 ppm ở 100°C. b) Sự thay đổi cường độ Raman của dải 960 (rắn) và 1600 cm −1 (chấm) của WO3 (cỡ hạt 2 nm) trong các khí quyển khác nhau.

THIẾT BỊ

Có một số phương pháp sử dụng quang phổ để theo dõi quá trình sản xuất cảm biến như độ phản xạ, độ hấp thụ, huỳnh quang và Raman. Intins hân hạnh giới thiệu đến quý khách hàng bộ sản phẩm Raman toàn diện của Ocean Optic. Bộ sản phẩm bao gồm laser kích thích, máy quang phổ, đầu dò Raman, giá đỡ mẫu cho cuvet, chất nền SERS và kính an toàn. Ngoài ra, Intins còn cung cấp phần mềm tính toán tín hiệu Raman và thậm chí cả phần mềm tùy chỉnh theo mong muốn của khách hàng. Khách hàng có thể mua toàn bộ hệ thống Raman theo khuyến nghị của Intins hoặc chọn bất kỳ sản phẩm nào phù hợp với thiết lập của mình.

Máy quang phổ

Hiện nay có hai dòng máy quang phổ được sử dụng cho các ứng dụng Raman là QE Pro-Raman+ và NIRQuest+1064 Raman. QE Pro-Raman+ có độ dịch chuyển Raman ở 4429 cm¯¹ (532 nm), 2820 cm¯¹ (638 nm), 3002 cm¯¹ (785 nm), thời gian tích hợp là 8 ms – 3600 s, trong khi NIRQuest +1064 Raman được sử dụng cho 2400 cm¯¹ (1064 nm).

Laser Raman

Chúng tôi cung cấp các tia laser công suất cao ở các bước sóng kích thích Raman 532 nm, 638 nm, 785 nm và 1064 nm. Những laser diode đa chế độ này tạo ra các vạch quang phổ hẹp, có bộ điều khiển laser tích hợp và sử dụng làm mát nhiệt điện để có hiệu suất tối ưu.

Đầu dò Raman

Đầu dò ở bước sóng 532 nm, 785 nm và các bước sóng khác phù hợp cho cả phòng thí nghiệm và công nghiệp.

Giá đỡ Raman

Ocean Optics cung cấp giá đỡ mẫu để phân tích Raman chất lỏng và chất rắn. Giá đỡ RM-SERS-SHS chứa đế SERS thủy tinh tiêu chuẩn và gắn vào đầu dò Raman. Giá đỡ RM-LQ-SHS chứa lọ và cuvet. Nó có nắp từ tính giúp dễ dàng đặt mẫu, chặn ánh sáng xung quanh và cải thiện độ chính xác của phép đo Raman

Chất nền SERS

Chất nền của quang phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS) cho phép bạn thực hiện các phép đo nhanh, có thể lặp lại để xác định và định lượng các chất phân tích hoạt động SERS. Hoạt tính hóa học SERS là các hạt nano vàng (Au) và bạc (Ag). Thời gian lưu trữ của nó là 1 tháng hoặc 1,5 tháng.