스펙트럼을 사용하여 위험한 배기가스를 감지하는 광학 센서 생산 관리

소개

스펙트럼은 위험한 배기가스를 모니터링하기 위해 설계된 광학 센서를 제조하고 운영하는 과정에서 매우 중요합니다. 이러한 센서는 환경 안전, 규제 준수 및 산업 모니터링에 매우 중요합니다. 제조 공정에서 스펙트럼은 센서에 사용되는 박막의 두께와 순도와 같은 주요 특성의 정확성을 보장합니다. 이는 센서를 교정하고, 정확한 파장 감지와 다양한 가스 농도에 대한 반응을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 스펙트럼 기술은 또한 현장에서 실시간으로 제조 공정을 모니터링할 수 있게 해주며, 센서가 필요한 사양을 충족하는지 확인하여 품질 관리를 강화합니다.

이 센서는 NOx, SOx 및 VOC와 같은 유해 가스를 감지하고 측정하기 위해 스펙트럼 원리를 기반으로 작동합니다. 이를 통해 각 가스의 고유한 스펙트럼 신호를 식별합니다. 고급 데이터 분석은 센서 성능을 최적화하고 감도와 선택성을 향상시키는 데 기여합니다. 스펙트럼은 센서가 정확하고 신뢰성 있게 작동하도록 보장하며, 산업이 환경 규정을 준수하고 공공 건강을 보호하는 데 도움을 줍니다. 전반적으로, 스펙트럼은 환경과 인간의 건강을 보호하기 배기가스를 정확하게 모니터링할 수 있는 광학 센서의 개발과 구현 과정에서 필수적인 부분입니다

방법론

프로세스 모니터링은 제조 공정을 지속적으로 관찰하고 분석하여 정의된 매개변수 내에서 작동하는지 확인하는 품질 관리의 중요한 구성 요소입니다. 이것은 실시간으로 편차나 비효율성을 감지하여 즉각적인 수정 조치를 취할 수 있게 하여 오류를 예방하고 제품 품질을 유지하는 데 도움을 줍니다. 이러한 실천은 제조, 제약 및 식품 생산과 같이 일관성과 정확성이 중요한 산업에서 매우 중요합니다.

센서, 자동화 시스템, 데이터 분석과 같은 고급 도구는 온도, 압력, 화학 성분과 같은 변수를 추적하기 위해 프로세스 모니터링에 일반적으로 사용됩니다. 이러한 변수를 설정된 한도 내에서 유지함으로써 프로세스 모니터링은 생산 효율성을 최적화하고 낭비를 줄이며 최종 제품이 품질 표준을 충족하는지 확인하는 데 도움이 됩니다. 또한, 프로세스 모니터링은 장비 고장을 초래할 수 있는 잠재적인 문제를 사전에 식별하여 예측 유지보수를 지원하고, 이를 통해 가동 중지 시간을 최소화하며 전반적인 생산성을 향상시키는 데 기여합니다.

응용

"라만 분광법의 응용: 가스 센서 작동에서 현장 연구에서 오페란도 연구까지"는 가스 센서 제조 과정 관리에서 분광법의 작동 방식을 명확히 보여주는 전형적인 사례입니다. 일반적으로 라만 분광법은 센서나 종합 환경 내에서 진동 탐지 특성을 기반으로 센서의 특성을 확인할 수 있습니다. 이러한 연구에서는 SnO2, WO3, In2O3와 같은 전형적인 가스 센서 재료가 H2S, CO, NH3, NO2와 같은 배출 가스 및 CH4, H2, 에탄올(EtOH), 아세트알데하이드(acetald.)와 같은 기타 가스를 대상으로 연구되었습니다.

가스 센서의 분광학

그림 1a는 SnO2의 주요 피크를 618 cm⁻¹에서, 450에서 700 cm⁻¹까지 사이의 표면 형태, 그리고 990 cm⁻¹에서 신호를 나타내며, 이는 SO₄²⁻ 이온의 존재로 인한 것으로 추정됩니다. 라만 분광 강도가 감소하고 350 cm⁻¹에서 폭이 넓어진 후 H2S 분위기로 전환됩니다. 그림 1b는 960 cm⁻¹와 1600 cm⁻¹의 폭에서 라만 강도의 변화를 설명합니다. CH4와의 접촉 과정에서 탄소 종류를 포함한 표면이 960 cm⁻¹ 모드의 강도를 감소시킵니다.

이 리뷰에서는 금속 산화물 가스 센서의 작동에 대한 기계적 이해를 향상시키기 위해 초기 현장 응용부터 현재 지식 상태에 이르기까지 다양한 operando 분광법을 사용하여 라만 분광법의 진동적 영향을 요약하였습니다. 위에서 논의한 바와 같이, 라만 분광법은 표면 구조(부가적), 하이드록실 그룹 및 흡착제의 존재를 포함한 값진 정보를 드러내는 다양한 유형의 센서 재료에 적용될 수 있습니다.

그림 1. a) 100°C에서 두 번의 300ppm H2S 공기 사이클에 노출되는 동안 SnO2 펠렛의 현장 라만 스펙트럼. b) 다양한 분위기에서 WO3(2 nm 입자 크기)의 960(고체) 및 1600 cm -1  (점선 밴드)의 라만 강도 변화 .

장비

분광학을 사용하여 반사율, 흡광도, 형광, 라만과 같은 센서 생성 과정을 모니터링하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. Intins는 Ocean Optic의 종합적인 라만 제품 세트을 고객님께 소개하게 되어 기쁩니다. 제품 세트에는 여기 레이저, 분광기, 라만 프로브, 큐벳용 샘플 홀더, SERS 기판 및 안전 안경이 포함됩니다. 또한 Intins는 라만 신호를 계산하는 소프트웨어는 물론 고객이 원하는 맞춤형 소프트웨어도 제공합니다. 고객은 Intins가 권장하는 대로 Raman 시스템 전체를 구입하거나 자신의 설정에 적합한 제품을 선택할 수 있습니다.

분광기

현재 QE Pro-Raman+ 및 NIRQuest+1064 Raman과 같은 Raman 응용 분야에는 두 개의 분광기 시리즈가 사용됩니다. QE Pro-Raman+는 4429cm̅1(532nm), 2820cm̅1(638nm), 3002cm̅1(785nm)에서 라만 이동을 가지며 통합 시간은 8ms – 3600s인 반면 NIRQuest는 +1064 라만은 2400cm̅²(1064nm)에 사용됩니다.

라만 레이저

당사는 532 nm, 638 nm, 785 nm 및 1064 nm 라만 여기 파장의 고출력 레이저를 제공합니다. 이러한 다중 모드 다이오드 레이저는 좁은 스펙트럼 선을 생성하고 레이저 드라이버가 통합되어 있으며 최적의 성능을 위해 열전 냉각을 사용합니다.

라만 프로브

532 nm, 785 nm 및 기타 파장용 프로브는 실험실과 산업 모두에 적합합니다.

라만 홀더

Ocean Optics는 액체 및 고체의 라만 분석을 위한 샘플 홀더를 제공합니다. RM-SERS-SHS 홀더는 표준 유리 SERS 기판을 수용하고 라만 프로브에 부착됩니다. RM-LQ-SHS 홀더에는 바이알과 큐벳이 들어 있습니다. 여기에는 시료 배치를 용이하게 하고 주변광을 차단하며 라만 측정의 정확도를 향상시킵니다.

SERS 기판

표면 강화 라만 분광법(SERS) 기판을 사용하면 빠르고 반복 가능한 측정을 통해 SERS 활성 분석물질을 식별하고 정량화할 수 있습니다. SERS 활성 화학은 금(Au) 및 은(Ag) 나노입자입니다. 보관 수명은 1개월 또는 1.5개월입니다.