赤外線（IR）および近赤外線（NIR）プロセス分析装置 現代の化学プラントには欠かせないツールです。これらの機器は、光吸収分光法を用いて、気体、液体、固体中の分子を識別・定量化します。産業環境では、IR分析装置は主にプロセスガスと液体を測定します。NIR分析装置は固体材料や複雑な液体混合物に優れた性能を発揮します。これらの技術を組み合わせることで、プロセス最適化、排出制御、製品品質監視をサポートします。

今日、化学プラントは安全性と規制遵守を維持するために、リアルタイムプロセス分析装置に依存しています。光学分析装置は、高感度かつメンテナンスの手間が少ない連続測定を実現します。そのため、製油所、石油化学プラント、環境モニタリングシステムの中核機器となっています。 

世界のIR分析装置メーカーと製品の状況

赤外線分析装置市場には、多くの定評ある計測機器メーカーが参入しています。

大手グローバルブランドに加え、専門メーカーもニッチな用途に注力しています。例えば、水分分析、微量ガス検知、燃焼モニタリングなどが挙げられます。しかし、ハードウェアだけでは性能は決まりません。測定精度と信頼性は、その基盤となる光学技術によって決まります。

主要な近赤外線分析装置サプライヤー

近赤外分光法は分子の倍音と結合バンドに焦点を当てています。そのため、NIRは複雑な混合物や有機化合物の分析に非常に効果的です。

オンライン近赤外分析装置は、生産ラインに直接統合できます。高速測定サイクルを提供し、自動化されたプロセス制御をサポートします。こうした市場環境を踏まえ、近赤外分析装置の性能を決定づける技術的特性について考察してみましょう。

工業用赤外線分析装置の技術的特徴

工業用IR分析装置は、ガス、液体、または表面からの放出ガスを測定します。ほとんどのシステムは、NDIRまたはフーリエ変換赤外（FTIR）分光法を採用しています。測定範囲は、光路長に応じて最大100%の濃度まで拡張されます。用途としては、100ppm前後のアンモニア、25ppm前後の一酸化炭素、20ppm前後の二酸化炭素などが挙げられます。

性能仕様は設計によって異なります。一般的な産業仕様は次のとおりです。

• 再現性: フルスケールの ±1%
• 直線性: フルスケールの±0.5%
• 測定誤差: スパンの±2%
• ドリフト: フルスケールの±1%/日

産業用分析装置は幅広い環境条件下で動作します。標準ユニットは最大10 barの圧力と-40 °C～50 °Cの温度に耐えます。特殊システムは最大70 barの圧力に対応します。

光学セルの設計も重要です。窓にはサファイアやセレン化亜鉛などの材料が使用される場合があります。ガスセルは感度を向上させるために数メートル延長されることもあります。次に、NIR分析装置の性能と用途の違いを見ていきます。

近赤外線分析装置の技術的特徴

NIR分析装置は分子の倍音吸収に着目しています。この技術により、多成分の迅速な分析が可能になります。一般的な用途としては、医薬品成分のモニタリング、ガソリンの品質測定、ディーゼル燃料のセタン価推定、穀物タンパク質分析などが挙げられます。

IRシステムと比較して、NIR分析装置は多くの場合、より高い再現性を備えています。適切に校正されたモデルの場合、典型的な再現性はフルスケールの±0.01%に達します。測定誤差は、多くの場合、スパンの±1%以内に収まります。

しかし、NIRの精度は校正モデルとケモメトリックスアルゴリズムに大きく依存します。安定した温度条件も信頼性を高めます。標準的な産業用ユニットは10 bar付近の圧力で動作し、IRシステムと同様の環境限界で動作します。

パフォーマンス メトリックを理解するには、これらの機器の背後にある分光法の原理を詳しく調べる必要があります。

IRおよびNIR分析の背後にある分光法の原理

1. 赤外分光法は、放射線と分子振動の相互作用を利用しています。放射線の周波数が分子の固有振動数と一致すると、吸収が起こります。水分子はこれをよく示しています。水分子は対称的な伸縮振動、屈曲振動、そして非対称な伸縮振動を示します。それぞれの振動は特定の赤外線波長に対応しています。

• 定量分析は、ビール・ランベルトの法則に従います。

A = log10(I₀/I) = εbc

ここで、吸光度は濃度と光路長に依存します。検量線は吸光度信号を濃度値に変換します。

• 産業システムでは、主に2つの計測器設計が主流です。分散型分光計は、プリズムまたは格子を用いて波長を分離します。FTIRは、干渉測定と数学的変換によってスペクトル全体を捕捉します。

産業用赤外線分析装置のコスト構造

赤外線分析装置の価格は、構成と用途によって大きく異なります。

コストは大きく異なるため、多くの工場では購入価格ではなくライフサイクル価値に基づいて分析装置を評価します。

業界動向と技術開発

IRおよびNIR分析装置業界は進化を続けています。現代のシステムでは、高度な電子機器とデータ分析技術がますます統合されています。

まず、マイクロプロセッサは自動キャリブレーションと自己診断機能をサポートするようになりました。これらの機能により、メンテナンスの手間が軽減され、信頼性が向上します。

第二に、スペクトル技術の融合が進んでいます。例えば、UV、可視、NIR、IRの測定を単一のプラットフォームに統合した機器が増えています。 ESEGASオンライン/ポータブル 排ガス分析装置 UV-DOASとNDIR技術を1つの機器で使用してSOを測定する₂、NOx、CO、CO₂、およびCH₄ このアプローチにより分析能力が拡張されます。

第三に、プロセス分析装置はより複雑なプロセスを監視するようになっています。多相反応、排出物モニタリング、高度な化学プロセス制御といった用途が増えています。

好きな会社 エセガス 産業ソリューションでこの進化に貢献する NDIRプロセスガス分析装置およびFTIR排出モニタリングシステムこれらのシステムは、CO、CO₂、CH₄、NOxなどのガスを工場でリアルタイムに測定するのに役立ちます。

光学センシングが進歩し続けるにつれ、IR および NIR 分析装置は、より安全で効率的な化学品生産のための重要なツールであり続けるでしょう。

ESEGAS のソリューションを検討したい場合は、ぜひお問い合わせください。