Иммерсионные оптоволоконные зонды для дистанционного анализа
Перед исследователями многих лабораторий часто стоит задача анализа большого количества образцов спектрофотометрическим методом. Понятно, что анализ сотен образцов на спектрофотометре в стандартной комплектации может занять длительное время. Одним из решений, сокращающих время анализа, является использование проточных кювет. Однако такой способ имеет ряд недостатков, например, перекрестное загрязнение проб, проблемы с вязкими пробами, токсичными и химически-опасными веществами, необходимость обслуживания деталей пробоподающего насоса и замены расходных материалов.
«Маленькой революцией» в спектрофотометрическом анализе стала разработка оптоволоконных зондов, которые значительно расширили области применения спектрофотометров и позволили сократить общее время анализа. При помощи оптоволоконных датчиков стало возможным проведение прямого и непрерывного (в режиме он-лайн), качественного и количественного анализа жидких образцов вне кюветного отделения спектрофотометра (на расстоянии от 2 до 100 метров – длина линии зависит от задач и типа оптоволоконного кабеля). Для этого не требуется постоянно менять кюветы с образцами, а достаточно лишь погрузить рабочую часть зонда в любую емкость с исследуемым раствором, которая и представляет из себя «кювету».
Анализ образцов на расстоянии от прибора, кроме прочего, является наиболее удобным (а иногда и единственно возможным) при работе с радиоактивными растворами или при контроле различных технологических процессов непосредственно в химических реакторах или трубопроводах.
Примеры применения:
- Мониторинг производства пластиков, лаков, красок и пигментов
- Мониторинг и контроль химических реакций
- Определение концентрации и цветовых характеристик
- Определение констант диссоциации, кислотного числа и коэффициента распределения
- Анализ сильно поглощающих сред (НПВО-измерения)
Преимущества оптоволоконных зондов:
- Безопасность
Безопасное измерение опасных и ядовитых веществ, не требуется производить отбор пробы образца.
- Неразрушающий анализ
Вещество может быть проанализировано без разрушения или видоизменения. Нет необходимости подбора специальных условий измерения (например, выбора оптимальной температуры для анализа).
- Экономичность
Сохраняются дорогостоящие образцы, тогда как при стандартном лабораторном анализе пробы обычно утилизируются.
- Быстрота
Анализ образцов производится без задержек, т.к. не требуется отбор и транспортировка пробы. Получение результата происходит в реальном времени, возможен контроль процессов в режиме онлайн.
Принцип работы:
Каждый погружной зонд имеет два оптоволоконных кабеля и рабочую часть (головка зонда). Один кабель используется для передачи излучения от спектрофотометра к объекту измерения, второй кабель передает излучение, прошедшее через образец, на детектор спектрофотометра.
Существует два варианта подключения оптоволоконных зондов к спектрофотометру:
- SMA-разъем
Оптоволоконные кабели обычно снабжены SMA-коннекторами, которые подключаются к соответствующим SMA-разъемам в спектрофотометре (для тех спектрофотометров, которые стандартно оснащаются SMA-разъемами). Другие стандартные коннекторы доступны по запросу.
- Интерфейс для оптоволоконного кабеля
При отсутствии SMA-разъемов на спектрофотометре используется специальный интерфейс, представляющий собой оптическое устройство, размеры которого соответствуют размерам стандартной кюветы (12,5 х 12,5 мм). Этот интерфейс устанавливается в кюветном отделении спектрофотометра вместо кюветы, оптоволоконные кабели подключаются к двум гнездам на верхней грани интерфейса.
В зависимости от условий измерения и свойств анализируемой пробы выбираются соответствующие типы рабочих частей зондов и оптоволоконных кабелей.
Оптоволоконные кабели:
В зависимости от необходимого спектрального диапазона выбирается тот или иной тип оптоволокна. Например, для измерений в стандартном спектральном диапазоне (240-1100 нм) необходим кабель типа UV; для измерений в видимой и ближней инфракрасной области спектра (400 – 2300 нм) – кабель типа NIR; для измерений в области жесткого ультрафиолета, видимой и ближней инфракрасной областях (190 – 1100 нм) – кабель типа UVS.
К одной и то же головке зонда могут подключаться разные типы кабелей; исключение составляют зонды со встроенными кабелями. Каждый кабель защищен от чрезмерного перегиба и внешних ударов специальной изоляцией и оплеткой, которая может быть усилена по желанию заказчика.
Стандартная длина оптоволоконного кабеля составляет 2 м, по запросу доступны другие варианты.
Погружные головки зондов:
Размеры стандартных головок зондов: от 85 мм до 280 мм при диаметре от 3 мм (для анализа микрообъемов образца) до 20 мм.
Материал корпуса: кварц или металл (нержавеющая сталь, титан, тантал и др.).
Материал окон: кварц или сапфир.
Длина оптического пути может быть выбрана в диапазоне от 1 мм до 20 мм, кроме того, существуют зонды со сменными насадками, позволяющие устанавливать разные длины оптического пути.
Стандартные зонды выдерживают давление до 6 атмосфер и температуру до 150 °С. Конструкции зондов могут разрабатывать и изготавливаться под заказ в соответствии с техническими требованиями и эскизами Заказчика.