英國KEIT工業(yè)過程在線FTIR光譜儀

一. KETI 公司介紹

Keit Spectrometers 是一家專注于為工業(yè)過程監(jiān)測和控制應(yīng)用開發(fā)突破性 FTIR 技術(shù)的公司。Keit 是 IRmadillo FTIR過程分析儀的開發(fā)商，

Keit從盧瑟福阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室（RAL）中分離出來，該實(shí)驗(yàn)室由科學(xué)與技術(shù)設(shè)施委員會（STFC）管理，這是英國七個(gè)研究委員會之一，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(shè)計(jì)初是為火星任務(wù)開發(fā)的太空應(yīng)用程序，但后來商業(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)過程的監(jiān)測和控制，Keit 在全球市場上推出了一款分析儀器，該儀器可以在工業(yè)環(huán)境中提供流體的過程分析，例如，希望優(yōu)化其原料預(yù)處理加工或?qū)崟r(shí)監(jiān)控發(fā)酵過程的生物燃料公司，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監(jiān)測儀器，這些儀器足夠堅(jiān)固，可以直接在生產(chǎn)工廠中使用，以便實(shí)時(shí)觀察過程，而不是等待離線樣品分析。

IRmadillo - 一種強(qiáng)大的原位 FTIR，可在有價(jià)值的工業(yè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)測，Keit 的 IRmadillo 分析儀因其堅(jiān)固的設(shè)計(jì)和認(rèn)證而非常適合在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中使用。

二、IRmadillo生產(chǎn)過程的在線FTIR分析儀

作為生產(chǎn)過程的在線分析儀，IRmadillo 是一款堅(jiān)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(jiān)測和控制制造過程。可以配置為在傳統(tǒng)光譜儀模式下運(yùn)行，也可以加載校準(zhǔn)模型作為濃度計(jì)、定性分析儀或同時(shí)運(yùn)行。

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

ü 易于安裝

ü 穩(wěn)定值得信賴

ü 堅(jiān)固、堅(jiān)固、可靠

ü 簡單的接觸式傳感探頭

ü 直接與DCS 通信

它不僅具有實(shí)驗(yàn)室級儀器的功能，而且作為過程儀器，它足夠堅(jiān)固，可以直接安裝在生產(chǎn)線中，以便在問題發(fā)生時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而不是在問題發(fā)生后發(fā)現(xiàn)。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(yùn)行他們的流程。

三、IRmadillo 

1. IRmadillo 無移動部件，抗震動，堅(jiān)固耐用，適合生產(chǎn)過程的在線監(jiān)測

傳統(tǒng)的 FTIR 儀器使用一對基于 1800 年代設(shè)計(jì)的移動鏡（稱為邁克爾遜干涉儀）進(jìn)行操作。IRmadillo 沒有移動部件，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并繞著一圈鏡子發(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(zhuǎn)換為光譜。

IRmadillo 經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，堅(jiān)固耐用，這種靜態(tài)光學(xué)設(shè)計(jì)意味著，如果儀器受到振動、沖擊或一般運(yùn)動，則整個(gè)反射鏡組件將作為一個(gè)整體移動-這意味著不會丟失信號，這已經(jīng)在用于測試衛(wèi)星發(fā)射的相同設(shè)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)過程的在線監(jiān)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(jiān)固、耐刮擦的材料，使我們的在線分析儀與各種化學(xué)和生化過程兼容，無論 pH 值或化學(xué)性質(zhì)如何。我們有多種型號可滿足您的需求，包括防爆認(rèn)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. IRmadillo 設(shè)計(jì)的優(yōu)勢：抗震動，固體探頭

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

傳統(tǒng)FTIR 光譜儀的經(jīng)典設(shè)計(jì)基于所謂的邁克爾遜干涉儀設(shè)計(jì)。它使用一對移動鏡在探測器上創(chuàng)建“干涉圖"，然后可以使用傅里葉變換將其轉(zhuǎn)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，這意味著它在工業(yè)環(huán)境不耐振動

IRmadillo 基于 Sagnac 干涉儀設(shè)計(jì)。它使用一對靜態(tài)鏡子通過圍繞一個(gè)環(huán)順時(shí)針和逆時(shí)針發(fā)送光來創(chuàng)建干涉圖。光線聚焦到探測器上，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(shè)計(jì)對振動和其他運(yùn)動非常堅(jiān)固，并且隨著時(shí)間的推移非常穩(wěn)定。這種設(shè)計(jì)不需要激光器或液氮冷卻。由于 IRmadillo 的分析能力不受振動影響，因此它能夠直接集成到生產(chǎn)線或容器中，并在自然工作環(huán)境中連續(xù)運(yùn)行，這與任何其他 FTIR 不同。

IRmadillo 的設(shè)計(jì)總體上具有可靠性和穩(wěn)健性 - 這意味著無需光纖探頭。因此，IRmadillo 沒有光纖探頭，而是有一個(gè)固體探頭，有一個(gè) ATR 元件，用于感應(yīng)它浸入的化學(xué)物質(zhì)。這意味著性能不受振動、探頭移動或一般工廠操作的影響。

靜態(tài)光學(xué)器件提供的好處是抗振性。移動鏡需要在軌道上進(jìn)行非常精確的對準(zhǔn)，其外殼的任何振動都會導(dǎo)致頻譜中的噪聲，甚至根本不會導(dǎo)致頻譜中的噪聲。IRmadillo 內(nèi)部的靜態(tài)光學(xué)元件可以自由振動，因?yàn)樗鼈兌家黄鹨苿印@意味著光譜不會損失。隨著時(shí)間的推移，它還提供了更多的穩(wěn)定性，這使得測量和監(jiān)測連續(xù)過程比傳統(tǒng)儀器要容易得多，傳統(tǒng)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(tǒng)FTIR 光譜儀比較

傳統(tǒng)的 FTIR 儀器對振動和移動非常敏感，因?yàn)楫?dāng)移動鏡受到影響時(shí)，即使是很小的振動也會導(dǎo)致光譜出現(xiàn)噪聲或偽影。制造商已經(jīng)設(shè)法通過新穎的鏡子設(shè)計(jì)來減少振動的影響，但并未消除磁化率。這意味著傳統(tǒng)的 FTIR 儀器可以安裝在實(shí)驗(yàn)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程中，但絕大多數(shù) FTIR 安裝都使用光纖探頭。它們旨在用于在儀器和過程（振動源）之間保持距離;實(shí)際上，平均長度約為 5 m，因此他們?nèi)匀灰髮x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：這意味著儀器中的信號非常低。這可以通過安裝非常靈敏的探測器（通常需要液氮或斯特林發(fā)動機(jī)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）來部分克服。

IRmadillo 具有增強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗振性，非常適合在工業(yè)和制造環(huán)境中使用。可能會考慮使用 IRmadillo 而不是傳統(tǒng) FTIR 的一些原因是：

您開展連續(xù)或長期的制造活動：如果您的流程持續(xù)數(shù)天、數(shù)周或數(shù)月，那么您需要一個(gè)可靠且穩(wěn)定的解決方案。這就是 IRmadillo 的新穎設(shè)計(jì)、靜態(tài)鏡和低功率紅外光源提供長期穩(wěn)定性和可靠性的地方—-您可以信賴的解決方案。

環(huán)境骯臟、危險(xiǎn)，不適合易碎儀器：IRmadillo 具有危險(xiǎn)區(qū)域認(rèn)證，這意味著您可以將其直接安裝在危險(xiǎn)區(qū)域，無需額外保護(hù)。它具有 IP65 防護(hù)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(shù)情況下，不需要樣品調(diào)節(jié)，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 儀器已在許多場景匯中應(yīng)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(tuán)的溶劑（如醇類）會干擾使用 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(yīng)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(shù) 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(jī)酸不能通過 NIR 輕松區(qū)分和識別，但 IRmadillo 可以同時(shí)準(zhǔn)確、精確地測量發(fā)酵或細(xì)胞培養(yǎng)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，這意味著探頭只需出現(xiàn)在液體內(nèi)部即可進(jìn)行分析和潤濕。只要液體與探頭的 ATR 接觸，IRmadillo 就會記錄測量結(jié)果。這意味著漿液、紙漿、水解罐、厭氧消化器、臟油流等......無論固體含量如何，IRmadillo 都可以對其進(jìn)行有效分析。

質(zhì)子溶劑（即醇類）中的水：NIR 儀器將酒精中的 OH 基團(tuán)與水中的 OH 混淆。IRmadillo 可以區(qū)分，這意味著與 NIR 相比，它在質(zhì)子溶劑中測量水的性能顯著提高。如果還包含其他分子（例如不同類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(yīng)用領(lǐng)域

IRmadillo 可以實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)過程中的液體，漿料和乳液等，應(yīng)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在線過程分析儀提高紙漿和紙張生產(chǎn)，Keit 的 IRmadillo 專為惡劣、危險(xiǎn)和腐蝕性環(huán)境而設(shè)計(jì)，非常適合監(jiān)測紙漿和造紙。可以直接安裝在生產(chǎn)線和容器中，并能夠連接到您的 DCS，IRmadillo 提供連續(xù)、深入的工藝化學(xué)物質(zhì)的濃度信息，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和提高效率。無需離線采樣即可了解工藝的動態(tài)，可以提高化學(xué)品回收率、節(jié)省能源并提高制造工藝的自動化程度。可以監(jiān)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(jiān)固的乙醇發(fā)酵實(shí)時(shí)監(jiān)測儀器。光譜儀通過提供有關(guān)發(fā)酵動力的實(shí)時(shí)信息，即糖是如何被消耗并轉(zhuǎn)化為乙醇的，使我們能夠更好地控制發(fā)酵過程。IRmadillo 可以檢測的化學(xué)成分包括乙醇等醇類，DP4+、DP3、DP2/麥芽糖、葡萄糖等糖類，乳酸，乙酸等酸類，以及蛋白質(zhì)，生物聚合物，營養(yǎng)素等。

IRmadillo用于工業(yè)發(fā)酵和細(xì)胞培養(yǎng)過程的在線監(jiān)測，可以監(jiān)測原料的濃度并將其用于補(bǔ)料分批過程的閉環(huán)控制（例如，CHO 細(xì)胞培養(yǎng)或許多發(fā)酵過程中的葡萄糖），及早發(fā)現(xiàn)污染標(biāo)志物（如乳酸和乙酸），并以經(jīng)濟(jì)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(yùn)行工藝，監(jiān)測的物質(zhì)包括糖，有機(jī)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、漂白等過程，可以監(jiān)測的物質(zhì)有種子油的類型，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(jiān)測化學(xué)品生產(chǎn)，化學(xué)官能團(tuán)發(fā)生變化的過程都會具有紅外光譜，即使是化學(xué)反應(yīng)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(yīng)進(jìn)程的明顯特征。可以用于化學(xué)工業(yè)的蒸餾，結(jié)晶，分離，純化等工藝過程中，例如甲基丙烯酸甲酯的合成監(jiān)測。

使用 IRmadillo 監(jiān)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(jiān)測，RON/MON 和其他辛烷值測量，芳烴監(jiān)測，如 BTX，汽油調(diào)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。