英國KEIT工業(yè)過(guò)程在線(xiàn)FTIR光譜儀

一. KETI 公司介紹

Keit Spectrometers 是一家專(zhuān)注于為工業(yè)過(guò)程監測和控制應用開(kāi)發(fā)突破性 FTIR 技術(shù)的公司。Keit 是 IRmadillo FTIR過(guò)程分析儀的開(kāi)發(fā)商，

Keit從盧瑟福阿普爾頓實(shí)驗室（RAL）中分離出來(lái)，該實(shí)驗室由科學(xué)與技術(shù)設施委員會(huì )（STFC）管理，這是英國七個(gè)研究委員會(huì )之一，并從事粒子物理學(xué)、空間科學(xué)和光子科學(xué)的研究。IRmadillo 的設計初是為火星任務(wù)開(kāi)發(fā)的太空應用程序，但后來(lái)商業(yè)化用于制造業(yè)。

2013 年，Keit 成為英國歐洲航天局企業(yè)孵化中心 （ESA BIC） 的衍生公司， 改進(jìn)對生產(chǎn)過(guò)程的監測和控制，Keit 在全球市場(chǎng)上推出了一款分析儀器，該儀器可以在工業(yè)環(huán)境中提供流體的過(guò)程分析，例如，希望優(yōu)化其原料預處理加工或實(shí)時(shí)監控發(fā)酵過(guò)程的生物燃料公司，化學(xué)、紙漿和造紙以及食用油精煉公司需要一種新型在線(xiàn)監測儀器，這些儀器足夠堅固，可以直接在生產(chǎn)工廠(chǎng)中使用，以便實(shí)時(shí)觀(guān)察過(guò)程，而不是等待離線(xiàn)樣品分析。

IRmadillo - 一種強大的原位 FTIR，可在有價(jià)值的工業(yè)應用中實(shí)現過(guò)程監測，Keit 的 IRmadillo 分析儀因其堅固的設計和認證而非常適合在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中使用。

二、IRmadillo生產(chǎn)過(guò)程的在線(xiàn)FTIR分析儀

作為生產(chǎn)過(guò)程的在線(xiàn)分析儀，IRmadillo 是一款堅固耐用的中紅外光譜儀，提供實(shí)時(shí)化學(xué)分析，以更好地監測和控制制造過(guò)程?？梢耘渲脼樵趥鹘y光譜儀模式下運行，也可以加載校準模型作為濃度計、定性分析儀或同時(shí)運行。

IRmadillo生產(chǎn)過(guò)程的在線(xiàn)FTIR分析儀的產(chǎn)品特點(diǎn)：

ü 易于安裝

ü 穩定值得信賴(lài)

ü 堅固、堅固、可靠

ü 簡(jiǎn)單的接觸式傳感探頭

ü 直接與DCS 通信

它不僅具有實(shí)驗室級儀器的功能，而且作為過(guò)程儀器，它足夠堅固，可以直接安裝在生產(chǎn)線(xiàn)中，以便在問(wèn)題發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)現，而不是在問(wèn)題發(fā)生后發(fā)現。由于 IRmadillo 提供實(shí)時(shí)分析，Keit 可以幫助生產(chǎn)商更快地做出決策，從而更高效、更安全、更有利地運行他們的流程。

三、IRmadillo 獨之處

1. IRmadillo 無(wú)移動(dòng)部件，抗震動(dòng)，堅固耐用，適合生產(chǎn)過(guò)程的在線(xiàn)監測

傳統的 FTIR 儀器使用一對基于 1800 年代設計的移動(dòng)鏡（稱(chēng)為邁克爾遜干涉儀）進(jìn)行操作。IRmadillo 沒(méi)有移動(dòng)部件，而是建立在靜態(tài)鏡子的排列之上。光的處理方法是將其分開(kāi)并繞著(zhù)一圈鏡子發(fā)送，以在探測器上產(chǎn)生干涉圖案，然后對其進(jìn)行分析并轉換為光譜。

IRmadillo 經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設計，堅固耐用，這種靜態(tài)光學(xué)設計意味著(zhù)，如果儀器受到振動(dòng)、沖擊或一般運動(dòng)，則整個(gè)反射鏡組件將作為一個(gè)整體移動(dòng)-這意味著(zhù)不會(huì )丟失信號，這已經(jīng)在用于測試衛星發(fā)射的相同設備上進(jìn)行了測試，所以IRmadillo具有抗振性時(shí)，適合用于生產(chǎn)過(guò)程的在線(xiàn)監測。

2. 金剛石ATR (紅外衰減全反射)

IRmadillo 使用金剛石 ATR，這是一種天然堅固、耐刮擦的材料，使我們的在線(xiàn)分析儀與各種化學(xué)和生化過(guò)程兼容，無(wú)論 pH 值或化學(xué)性質(zhì)如何。我們有多種型號可滿(mǎn)足您的需求，包括防爆認證的 IRmadillo 和其他與原位滅菌 （SIP） 和原位清洗 （CIP） 工藝兼容的型號。

四、IRmadillo 與其他光譜儀的比較

1. 英國KEIT工業(yè)過(guò)程在線(xiàn)FTIR光譜儀IRmadillo 設計的優(yōu)勢：抗震動(dòng)，固體探頭

IRmadillo 是一款 FTIR 光譜儀，可以作為過(guò)程分析儀和/或濃度計進(jìn)行校準。IRmadillo 背后的技術(shù)基于新穎和先進(jìn)的光學(xué)設計。IRmadillo 的設計與目前市面上的其他 FTIR 光譜儀有著(zhù)根本的不同。

傳統FTIR 光譜儀的經(jīng)典設計基于所謂的邁克爾遜干涉儀設計。它使用一對移動(dòng)鏡在探測器上創(chuàng )建“干涉圖"，然后可以使用傅里葉變換將其轉換為光譜。但是原理是基于一對鏡子，其中至少有一個(gè)鏡子在移動(dòng)，這意味著(zhù)它在工業(yè)環(huán)境不耐振動(dòng)

IRmadillo 基于 Sagnac 干涉儀設計。它使用一對靜態(tài)鏡子通過(guò)圍繞一個(gè)環(huán)順時(shí)針和逆時(shí)針發(fā)送光來(lái)創(chuàng )建干涉圖。光線(xiàn)聚焦到探測器上，以產(chǎn)生相對于空間的干涉圖。光學(xué)元件的靜態(tài)特性使該設計對振動(dòng)和其他運動(dòng)非常堅固，并且隨著(zhù)時(shí)間的推移非常穩定。這種設計不需要激光器或液氮冷卻。由于 IRmadillo 的分析能力不受振動(dòng)影響，因此它能夠直接集成到生產(chǎn)線(xiàn)或容器中，并在自然工作環(huán)境中連續運行，這與任何其他 FTIR 不同。

IRmadillo 的設計總體上具有可靠性和穩健性 - 這意味著(zhù)無(wú)需光纖探頭。因此，IRmadillo 沒(méi)有光纖探頭，而是有一個(gè)固體探頭，端有一個(gè) ATR 元件，用于感應它浸入的化學(xué)物質(zhì)。這意味著(zhù)性能不受振動(dòng)、探頭移動(dòng)或一般工廠(chǎng)操作的影響。

靜態(tài)光學(xué)器件提供的好處是抗振性。移動(dòng)鏡需要在軌道上進(jìn)行非常精確的對準，其外殼的任何振動(dòng)都會(huì )導致頻譜中的噪聲，甚至根本不會(huì )導致頻譜中的噪聲。IRmadillo 內部的靜態(tài)光學(xué)元件可以自由振動(dòng)，因為它們都一起移動(dòng)——這意味著(zhù)光譜不會(huì )損失。隨著(zhù)時(shí)間的推移，它還提供了更多的穩定性，這使得測量和監測連續過(guò)程比傳統儀器要容易得多，傳統儀器可能需要每隔幾個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次新的背景參考掃描。

2. IRmadillo 與傳統FTIR 光譜儀比較

傳統的 FTIR 儀器對振動(dòng)和移動(dòng)非常敏感，因為當移動(dòng)鏡受到影響時(shí)，即使是很小的振動(dòng)也會(huì )導致光譜出現噪聲或偽影。制造商已經(jīng)設法通過(guò)新穎的鏡子設計來(lái)減少振動(dòng)的影響，但并未消除磁化率。這意味著(zhù)傳統的 FTIR 儀器可以安裝在實(shí)驗室或其他良性環(huán)境中，但通常不適合工業(yè)安裝。

盡管一些儀器使用實(shí)心“光管"直接安裝在感興趣的過(guò)程中，但絕大多數 FTIR 安裝都使用光纖探頭。它們旨在用于在儀器和過(guò)程（振動(dòng)源）之間保持距離;實(shí)際上，平均長(cháng)度約為 5 m，因此他們仍然要求將儀器安裝在相對靠近工藝的地方。這些光纖可以在儀器的安裝位置上提供更大的靈活性，但也有許多缺點(diǎn)：

它們可能非常脆弱且容易斷裂：纖維本身又薄又脆弱，很容易意外斷裂 - 尤其是在工業(yè)環(huán)境中。

它們的制造成本可能非常高：這意味著(zhù)安裝和更換它們的成本非常高，如果它們需要維修或更換，可能會(huì )增加更高的儀器擁有成本。

它們的頻譜通量可能非常低：這意味著(zhù)儀器中的信號非常低。這可以通過(guò)安裝非常靈敏的探測器（通常需要液氮或斯特林發(fā)動(dòng)機冷卻 - 另一個(gè)潛在的故障點(diǎn)）或高功率紅外光源（其使用壽命比低功率光源短）來(lái)部分克服。

IRmadillo 具有增強的穩定性和抗振性，非常適合在工業(yè)和制造環(huán)境中使用?？赡軙?huì )考慮使用 IRmadillo 而不是傳統 FTIR 的一些原因是：

您開(kāi)展連續或長(cháng)期的制造活動(dòng)：如果您的流程持續數天、數周或數月，那么您需要一個(gè)可靠且穩定的解決方案。這就是 IRmadillo 的新穎設計、靜態(tài)鏡和低功率紅外光源提供長(cháng)期穩定性和可靠性的地方—-您可以信賴(lài)的解決方案。

環(huán)境骯臟、危險，不適合易碎儀器：IRmadillo 具有危險區域認證，這意味著(zhù)您可以將其直接安裝在危險區域，無(wú)需額外保護。它具有 IP65 防護等級，使其防水且耐臟污、軟管和惡劣天氣條件。

需要一臺易于安裝的儀器：直接安裝在小型儀器主體上的單個(gè)光管探頭使 IRmadillo 非常易于安裝。在大多數情況下，不需要樣品調節，如果您希望輕松進(jìn)行清潔，探頭可以直接進(jìn)入工藝管道或小樣品定量環(huán)中。

3. IRmadillo 與 近紅外光譜儀（NIR）的比較

盡管 NIR 儀器已在許多場(chǎng)景匯中應用，例如非接觸式的固體測量和非質(zhì)子溶劑中的水測量。帶有 OH 基團的溶劑（如醇類(lèi)）會(huì )干擾使用 NIR 進(jìn)行水檢測，在這種情況下，我們建議使用 FTIR。IRmadillo 更合適的一些示例應用程序：

生物技術(shù)和發(fā)酵：工業(yè)生物技術(shù)、食品、飲料和燃料發(fā)酵以及其他類(lèi)似行業(yè)通常具有非常渾濁的介質(zhì)，其中既有生物質(zhì)又有氣泡。大多數 NIR 探頭使用反射鏡和約 1 cm 的光程工作，這很容易被顆粒堵塞或被氣泡散射。IRmadillo 的 ATR 傳感探頭幾乎不受顆粒和氣泡的影響。此外，生物技術(shù)中存在的糖和有機酸不能通過(guò) NIR 輕松區分和識別，但 IRmadillo 可以同時(shí)準確、精確地測量發(fā)酵或細胞培養物中存在的分子的濃度。

高固體含量的工藝：近紅外光譜儀的反射探頭往往具有槽< 10 mm，很容易被固體堵塞或堵塞。IRmadillo 采用 ATR 傳感，這意味著(zhù)探頭只需出現在液體內部即可進(jìn)行分析和潤濕。只要液體與探頭的 ATR 端接觸，IRmadillo 就會(huì )記錄測量結果。這意味著(zhù)漿液、紙漿、水解罐、厭氧消化器、臟油流等......無(wú)論固體含量如何，IRmadillo 都可以對其進(jìn)行有效分析。

質(zhì)子溶劑（即醇類(lèi)）中的水：NIR 儀器將酒精中的 OH 基團與水中的 OH 混淆。IRmadillo 可以區分，這意味著(zhù)與 NIR 相比，它在質(zhì)子溶劑中測量水的性能顯著(zhù)提高。如果還包含其他分子（例如不同類(lèi)型的醇或其他添加劑），那么 IRmadillo 也可以量化這些分子。

五、IRmadillo 的應用領(lǐng)域

IRmadillo 可以實(shí)時(shí)監測生產(chǎn)過(guò)程中的液體，漿料和乳液等，應用領(lǐng)域包括生物乙醇和生物燃料，工業(yè)發(fā)酵，油脂加工，化工，工業(yè)生物技術(shù)，制藥，食品和飲料以及石油天熱氣。

使用Keit的IRmadillo在線(xiàn)過(guò)程分析儀提高紙漿和紙張生產(chǎn)，Keit 的 IRmadillo 專(zhuān)為惡劣、危險和腐蝕性環(huán)境而設計，非常適合監測紙漿和造紙?？梢灾苯影惭b在生產(chǎn)線(xiàn)和容器中，并能夠連接到您的 DCS，IRmadillo 提供連續、深入的工藝化學(xué)物質(zhì)的濃度信息，以實(shí)現實(shí)時(shí)控制和提高效率。無(wú)需離線(xiàn)采樣即可了解工藝的動(dòng)態(tài)，可以提高化學(xué)品回收率、節省能源并提高制造工藝的自動(dòng)化程度?？梢员O測成分包括有效堿，活性堿，妥爾油和妥爾肥皂，黑液化學(xué)成分等。

IRmadillo 用于生物乙醇，生物發(fā)酵行業(yè)，堅固的乙醇發(fā)酵實(shí)時(shí)監測儀器。光譜儀通過(guò)提供有關(guān)發(fā)酵動(dòng)力的實(shí)時(shí)信息，即糖是如何被消耗并轉化為乙醇的，使我們能夠更好地控制發(fā)酵過(guò)程。IRmadillo 可以檢測的化學(xué)成分包括乙醇等醇類(lèi)，DP4+、DP3、DP2/麥芽糖、葡萄糖等糖類(lèi)，乳酸，乙酸等酸類(lèi)，以及蛋白質(zhì)，生物聚合物，營(yíng)養素等。

IRmadillo用于工業(yè)發(fā)酵和細胞培養過(guò)程的在線(xiàn)監測，可以監測原料的濃度并將其用于補料分批過(guò)程的閉環(huán)控制（例如，CHO 細胞培養或許多發(fā)酵過(guò)程中的葡萄糖），及早發(fā)現污染標志物（如乳酸和乙酸），并以經(jīng)濟高效的方式糾正或中止批次，在產(chǎn)品對生物體有毒的情況下（例如，丙酮-丁醇-乙醇 [ABE] 發(fā)酵中的溶劑濃度），以更高的生產(chǎn)率運行工藝，監測的物質(zhì)包括糖，有機酸，丁醇和乙醇等單醇，甘油等二醇和三醇，蛋白質(zhì)，氨基酸，尿素和氨，硫酸鹽和亞硫酸鹽、磷酸鹽和亞磷酸鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽等陰離子。

IRmadillo優(yōu)化油脂精煉，深入了解脫膠、中和、漂白等過(guò)程，可以監測的物質(zhì)有種子油的類(lèi)型，污染檢查，游離脂肪酸，脂肪酸甲酯，磷和磷脂，肥皂，甘油，葉綠素，顏色，碘值等。

使用 IRmadillo監測化學(xué)品生產(chǎn)，化學(xué)官能團發(fā)生變化的過(guò)程都會(huì )具有紅外光譜，即使是化學(xué)反應的微小變化（例如將羰基還原為醇）也將具有可用于跟蹤反應進(jìn)程的明顯特征?？梢杂糜诨瘜W(xué)工業(yè)的蒸餾，結晶，分離，純化等工藝過(guò)程中，例如甲基丙烯酸甲酯的合成監測。

使用 IRmadillo 監控石油和天然氣生產(chǎn)，例如總酸值 （TAN） 測定，天然氣脫水中的乙二醇再生，蒸氣壓和其他物理性質(zhì)監測，RON/MON 和其他辛烷值測量，芳烴監測，如 BTX，汽油調和中的醇醚添加劑，PIONA 分析

IRmadillo 也用于工業(yè)生物技術(shù)，制藥，食品和飲料等，包括酒精發(fā)酵，生物質(zhì)/真菌發(fā)酵（植物肉替代品），乳制品加工（牛奶、液體/奶油奶酪、酸奶）等。