Máy phân tích quy trình hồng ngoại (IR) và cận hồng ngoại (NIR) Máy phân tích hồng ngoại (IR) là những công cụ thiết yếu cho các nhà máy hóa chất hiện đại. Các thiết bị này sử dụng quang phổ hấp thụ để xác định và định lượng các phân tử trong khí, lỏng và rắn. Trong môi trường công nghiệp, máy phân tích IR chủ yếu đo khí và lỏng trong quá trình sản xuất. Máy phân tích NIR hoạt động tốt đối với vật liệu rắn và hỗn hợp lỏng phức tạp. Cùng nhau, các công nghệ này hỗ trợ tối ưu hóa quy trình, kiểm soát khí thải và giám sát chất lượng sản phẩm.
Hiện nay, các nhà máy hóa chất dựa vào các thiết bị phân tích quy trình thời gian thực để duy trì an toàn và tuân thủ các quy định. Các thiết bị phân tích quang học cung cấp khả năng đo liên tục với độ nhạy cao và chi phí bảo trì thấp. Do đó, chúng đã trở thành thiết bị cốt lõi trong các nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa dầu và hệ thống giám sát môi trường.
Các nhà sản xuất máy phân tích IR toàn cầu và bối cảnh sản phẩm
Thị trường máy phân tích hồng ngoại bao gồm nhiều công ty sản xuất thiết bị đo lường lâu đời.
| nhà chế tạo | Công nghệ IR cốt lõi | Các loại khí thường được đo | Các ngành then chốt | Sản phẩm nổi bật | Sự hiện diện toàn cầu |
| quả sung | NDIR, FTIR | CO, CO₂, SO₂, CH₄ | Dầu khí, Năng lượng, Hóa chất | Máy phân tích khí công nghiệp tích hợp với hệ thống tự động hóa | Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Á |
| Siemens | Máy phân tích quy trình NDIR | CO, CO₂, NOx | Nhà máy điện, xi măng, thép | Dòng sản phẩm Ultramat dành cho giám sát quá trình đốt cháy công nghiệp | Toàn cầu |
| Thermo Fisher Scientific | FTIR, quang phổ hồng ngoại | Phát thải đa khí | Giám sát môi trường, phòng thí nghiệm | Máy phân tích khí FTIR độ phân giải cao | Toàn cầu |
| HORIBA | NDIR, máy phân tích khí thải | CO, CO₂, NOx, hydrocarbon | Kiểm tra ô tô, giám sát môi trường | Máy phân tích khí thải di động | Toàn cầu |
| Yokogawa | Máy phân tích quy trình NDIR | CO, CO₂, CH₄ | Nhà máy hóa dầu, năng lượng, công nghiệp | Dòng sản phẩm IR800/IR810 dùng để giám sát quy trình | Châu Á, Châu Âu, Châu Mỹ |
| Servomex | Máy phân tích IR đa khí | CO₂, hiđrocacbon | Khí công nghiệp, sản xuất hydro | Giải pháp phân tích khí quy trình độ chính xác cao | Toàn cầu |
| Thiết bị phân tích Teledyne | Phát hiện IR và đa khí | CO, CO₂, O₂ | An toàn quy trình, giám sát công nghiệp | Máy phân tích dựa trên cảm biến tiên tiến | Toàn cầu |
| Điện Fuji | Máy phân tích NDIR công nghiệp | CO, CO₂, NOx | Nhà máy hóa chất, sản xuất năng lượng | Các thiết bị phân tích mạnh mẽ dành cho môi trường công nghiệp khắc nghiệt. | Châu Á, xuất khẩu toàn cầu |
| Công ty California Analytical Instruments (CAI) | Máy phân tích IR đa thành phần | Hiđrocacbon, CO₂ | Kiểm tra khí thải, quy trình công nghiệp | Hệ thống giám sát khí liên tục | Châu Mỹ, Châu Âu |
| href=”https://esegas.com/product/” Sản xuất thứ cấp toàn diện ESEGAS | NDIR, FTIR, TDLAS | CO, CO₂, CH₄, H₂S, NOx | CEMS, nhà máy hóa chất, nhà máy điện, xi măng, thép, giám sát môi trường, phòng thí nghiệm | Giải pháp hệ thống phân tích khí và giám sát khí thải được thiết kế riêng | Thị trường công nghiệp toàn cầu |
Bên cạnh các thương hiệu toàn cầu lớn, các nhà sản xuất chuyên biệt tập trung vào các ứng dụng ngách. Chúng bao gồm phân tích độ ẩm, phát hiện khí vết và giám sát quá trình đốt cháy. Tuy nhiên, phần cứng thôi chưa đủ để quyết định hiệu suất. Công nghệ quang học cơ bản mới là yếu tố quyết định độ chính xác và độ tin cậy của phép đo.
Các nhà cung cấp máy phân tích cận hồng ngoại hàng đầu
Quang phổ cận hồng ngoại tập trung vào các dải bội và dải kết hợp của phân tử. Điều này làm cho quang phổ cận hồng ngoại rất hiệu quả đối với các hỗn hợp phức tạp và các hợp chất hữu cơ.
| Nhà cung cấp | Công nghệ NIR | Các phép đo điển hình | Ngành công nghiệp trọng điểm | Các tính năng chính của sản phẩm | Khả năng tích hợp |
| Phân tích quy trình ABB | Quy trình quang phổ NIR | Thành phần hóa học trong chất lỏng và chất rắn | Nhà máy hóa dầu, hóa chất | Giám sát quy trình trực tuyến | Tích hợp DCS |
| Tập đoàn Brimrose | Quang phổ AOTF-NIR | Các hợp chất dược phẩm, thành phần thực phẩm | Dược phẩm, chế biến thực phẩm | Quét quang phổ tốc độ cao | Giám sát trực tuyến |
| Hệ thống NIR mã nguồn mở | quang phổ NIR | Protein, độ ẩm, chất lượng ngũ cốc | Nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm | Phân tích thành phần chính xác | Phòng thí nghiệm và quy trình |
| Sóng dẫn hướng | Quang phổ NIR trực tuyến | Thành phần dòng chất lỏng | Nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa chất | Kiểm soát quy trình thời gian thực | Tự động trong công nghiệp |
| Emerson (Rosemount Analytical) | Máy phân tích NIR xử lý | Thành phần hydrocarbon | Dầu khí, hóa dầu | Giám sát liên tục nhà máy lọc dầu | Tự động hóa toàn nhà máy |
| cái nhìn sâu sắc về đại dương | Máy quang phổ VIS-NIR cầm tay | Thành phần vật liệu | Nghiên cứu thực địa, phân tích môi trường | máy quang phổ nhỏ gọn | Triển khai di động |
| Thermo Fisher Scientific | Máy quang phổ NIR cấp phòng thí nghiệm | Phân tích hợp chất hữu cơ | Phòng thí nghiệm nghiên cứu và phát triển dược phẩm | Phổ học độ phân giải cao | Hệ thống phòng thí nghiệm |
| Dụng cụ phân tích Jasco | máy quang phổ UV-Vis-NIR | Nhận dạng hóa chất | Tổ chức nghiên cứu | Khả năng đo đa phổ | Tích hợp phòng thí nghiệm |
| Unity Scientific | Máy phân tích NIR trực tuyến | Độ ẩm, thành phần | Nông nghiệp, ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi | Hệ thống lấy mẫu tự động | Lấy mẫu quy trình |
Các máy phân tích NIR trực tuyến tích hợp trực tiếp vào dây chuyền sản xuất. Chúng cung cấp chu kỳ đo nhanh và hỗ trợ điều khiển quy trình tự động. Với bối cảnh thị trường như vậy, chúng ta có thể xem xét các đặc điểm kỹ thuật xác định hiệu suất của máy phân tích IR.
Đặc tính kỹ thuật của máy phân tích hồng ngoại công nghiệp
Máy phân tích hồng ngoại công nghiệp dùng để đo khí, chất lỏng hoặc khí thải bề mặt. Hầu hết các hệ thống sử dụng quang phổ hồng ngoại không biến đổi Fourier (NDIR) hoặc hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Phạm vi đo điển hình mở rộng đến nồng độ 100%, tùy thuộc vào chiều dài đường truyền quang học. Các ứng dụng thường bao gồm amoniac ở nồng độ khoảng 100 ppm, carbon monoxide khoảng 25 ppm và carbon dioxide gần 20 ppm.
Thông số kỹ thuật về hiệu năng thay đổi tùy theo thiết kế. Các thông số kỹ thuật điển hình trong ngành bao gồm:
- Độ lặp lại: ± 1% toàn thang đo
- Độ tuyến tính: ± 0.5% toàn thang đo
- Sai số đo: ±2% của dải đo
- Sai lệch: ±1% so với thang đo tối đa mỗi ngày
Các máy phân tích công nghiệp hoạt động trong phạm vi điều kiện môi trường rộng. Các thiết bị tiêu chuẩn chịu được áp suất lên đến 10 bar và nhiệt độ từ -40 °C đến 50 °C. Các hệ thống chuyên dụng xử lý áp suất lên đến 70 bar.
Thiết kế buồng quang học cũng rất quan trọng. Các cửa sổ có thể sử dụng các vật liệu như sapphire hoặc kẽm selenua. Buồng khí có thể kéo dài vài mét để cải thiện độ nhạy. Tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét sự khác biệt về hiệu suất và ứng dụng của các máy phân tích NIR.
Đặc tính kỹ thuật của máy phân tích cận hồng ngoại
Máy phân tích NIR tập trung vào sự hấp thụ sóng hài phân tử. Kỹ thuật này cho phép phân tích đa thành phần nhanh chóng. Các ứng dụng phổ biến bao gồm giám sát thành phần dược phẩm, đo chất lượng xăng, ước tính chỉ số cetane của dầu diesel và phân tích protein trong ngũ cốc.
So với các hệ thống IR, máy phân tích NIR thường cho độ lặp lại cao hơn. Độ lặp lại điển hình đạt ±0.01% của thang đo đầy đủ khi các mẫu được hiệu chuẩn tốt. Sai số đo thường nằm trong khoảng ±1% của dải đo.
Tuy nhiên, độ chính xác của NIR phụ thuộc rất nhiều vào các mô hình hiệu chuẩn và thuật toán hóa trắc học. Điều kiện nhiệt độ ổn định cũng giúp cải thiện độ tin cậy. Các thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn hoạt động ở áp suất gần 10 bar và các giới hạn môi trường tương tự như hệ thống IR.
Để hiểu rõ các chỉ số hiệu suất, cần phải xem xét kỹ hơn các nguyên lý quang phổ đằng sau các thiết bị này.
Các nguyên lý quang phổ đằng sau phân tích IR và NIR
- Quang phổ hồng ngoại dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và dao động phân tử. Khi tần số bức xạ trùng khớp với tần số dao động tự nhiên của phân tử, hiện tượng hấp thụ sẽ xảy ra. Phân tử nước minh họa điều này rất rõ ràng. Chúng thể hiện các dao động kéo giãn đối xứng, uốn cong và kéo giãn bất đối xứng. Mỗi dao động tương ứng với một bước sóng hồng ngoại cụ thể.
- Phân tích định lượng tuân theo Định luật Beer-Lambert:
A = log10(I₀/I) = εbc
Ở đây, độ hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ và chiều dài đường truyền quang. Đường cong hiệu chuẩn chuyển đổi tín hiệu độ hấp thụ thành giá trị nồng độ.
- Hai thiết kế thiết bị chính chiếm ưu thế trong các hệ thống công nghiệp. Máy quang phổ tán xạ sử dụng lăng kính hoặc cách tử để phân tách các bước sóng. Máy FTIR thu được toàn bộ phổ thông qua phép đo giao thoa và biến đổi toán học.
Cấu trúc chi phí của máy phân tích hồng ngoại công nghiệp
Giá của các máy phân tích hồng ngoại rất khác nhau tùy thuộc vào cấu hình và ứng dụng.
| Danh mục phân tích | Phạm vi giá điển hình | Loại công nghệ | Các ứng dụng tiêu biểu | Ưu điểm | Người mua điển hình |
| Máy phân tích IR phòng thí nghiệm cơ bản | $ 4,000 - $ 5,000 | IR đơn chùm | Các thí nghiệm quang phổ cơ bản | Chi phí thấp, hoạt động đơn giản | Các trường đại học, phòng thí nghiệm |
| Máy phân tích khí NDIR công nghiệp | ~ $ 8,000 | NDIR | Giám sát quá trình đốt cháy, đo nồng độ khí | Đáng tin cậy và mạnh mẽ | Cây công nghiệp |
| Máy phân tích quy trình đa thành phần | $ 25,000 - $ 27,000 | NDIR đa khí | Kiểm soát quy trình và giám sát khí thải | Phát hiện nhiều khí đồng thời | Nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa chất |
| Máy quang phổ đa khí cầm tay | ~ $ 20,000 | Quang phổ dựa trên bộ vi xử lý | Giám sát chất lượng không khí môi trường | Có thể triển khai tại hiện trường | Cơ quan môi trường |
| Máy phân tích FTIR công nghiệp | $ 75,000 - $ 125,000 | Phổ FTIR toàn phần | Giám sát phát thải liên tục (CEMS) | Độ nhạy cao và phân tích đa thành phần | Nhà máy điện, đốt rác thải |
| Máy phân tích quy trình tích hợp tiên tiến | $ 40,000 - $ 90,000 | Sự kết hợp NDIR / TDLAS | Giám sát khí công nghiệp theo thời gian thực | Độ ổn định cao, chi phí bảo trì thấp. | Các cơ sở năng lượng và hóa chất |
Do chi phí thay đổi đáng kể, nhiều nhà máy đánh giá các thiết bị phân tích dựa trên giá trị vòng đời hơn là giá mua.
Xu hướng ngành và sự phát triển công nghệ
Ngành công nghiệp máy phân tích hồng ngoại (IR) và cận hồng ngoại (NIR) tiếp tục phát triển. Các hệ thống hiện đại ngày càng tích hợp nhiều thiết bị điện tử tiên tiến và khả năng phân tích dữ liệu.
Thứ nhất, các bộ vi xử lý hiện nay hỗ trợ hiệu chuẩn tự động và tự chẩn đoán. Những tính năng này giúp giảm thiểu công sức bảo trì và nâng cao độ tin cậy.
Thứ hai, các công nghệ quang phổ tiếp tục được kết hợp. Các thiết bị ngày càng tích hợp phép đo tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy, cận hồng ngoại và hồng ngoại trên cùng một nền tảng, chẳng hạn như... ESEGAS trực tuyến/di động máy phân tích khí thải Sử dụng công nghệ UV-DOAS và NDIR trong cùng một thiết bị để đo SO₂.2, NOx, CO, CO2và CH4 Cách tiếp cận này mở rộng khả năng phân tích.
Thứ ba, các thiết bị phân tích quy trình hiện nay giám sát các quy trình phức tạp hơn. Các ứng dụng ngày càng bao gồm các phản ứng đa pha, giám sát khí thải và điều khiển quy trình hóa học tiên tiến.
Các công ty như ESEGAS góp phần vào sự phát triển này bằng các giải pháp công nghiệp như: Máy phân tích khí quy trình NDIR và hệ thống giám sát phát thải FTIRCác hệ thống này giúp các nhà máy đo lượng khí như CO, CO₂, CH₄ và NOx trong thời gian thực.
Khi công nghệ cảm biến quang học tiếp tục phát triển, các máy phân tích hồng ngoại (IR) và cận hồng ngoại (NIR) sẽ vẫn là những công cụ thiết yếu cho quá trình sản xuất hóa chất an toàn và hiệu quả hơn.
Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về giải pháp của ESEGAS, vui lòng liên hệ với chúng tôi!
