在危险环境中进行拉曼分析

在这次采访中，AZoM采访了来自龙卷风光谱系统的Brad Behr和Mark Kemper，介绍了他们所做的工作，以及他们的拉曼光谱产品是如何适应危险环境的。

请您概述一下龙卷风光谱系统和您所做的工作?

我是Brad Behr，龙卷风公司的首席技术官。我负责开发我们的知识产权组合，使光谱性能最大化，并将我们的核心技术转化为产品，解决我们客户的过程分析问题。

我是Mark Kemper，是应用和客户成功部门的主管。我主要负责支持全球销售并使客户成功。

龙卷风产生高性能拉曼光谱系统用于过程和实验室监控。我们公司成立的目的是将一些革命性的光学工程概念商业化，这些概念是由我们在加拿大滑铁卢大学的学术研究小组发明的。拉曼光谱已经存在了近100年，但拉曼散射信号非常微弱，这使得拉曼光谱在许多实时过程监控应用中不切实际。

与传统系统相比，我们的创新，高通量虚拟狭缝，为拉曼光谱仪的焦平面探测器带来了一个数量级的更大的光子信号，实现了以前无法进行的拉曼测量。

我们的分析仪用于制药和生物制药部门，精细化工生产，石油化工和许多其他需要快速，准确，高分辨率的分子组成测量的场景。

为什么有时需要在危险的环境中进行拉曼分析?

ATEX区域的分类

易燃蒸汽和气体是许多生产过程中不可避免的一部分。石化炼制、化工生产和某些类型的制药制造只是存在潜在(如果不是确定)高活性气体物种的几种情况。

灰尘和微粒也会造成灾难性的爆炸或火灾。因此，IEC，即国际电工委员会，制定了一套全面的标准来最大限度地降低风险。IECEx标准(Ex指爆炸性环境)在其60079系列文件中阐述了如何在许多不同的工业场景中避免产生火源。

这个标准框架中的一个关键概念是专区的概念。0区是最危险的区域，因为爆炸性或可燃气体总是或经常存在。在区域1，这些气体可能偶尔出现。在三个危险区域中最安全的2区，危险气体很少存在。然后在“安全地带”，永远不会有任何危险的气氛——这将是你的控制室或一个单独的建筑。

拉曼方法的一个伟大之处在于，你的大部分硬件，比如主分析仪和控制计算机，可以驻留在一个安全区域，激励激光和散射拉曼信号可以通过光纤进出危险区域。

如果你想对你的过程进行拉曼测量，无论是原材料的质量控制，还是反应监测，或最终化学产品的定量评估，亚博网站下载你们必须了解测量点的区域评级，并采取适当的步骤，确保你们在危险区域的测量设备符合IECEx标准。app亚博体育

在危险环境中进行拉曼测试时，主要的安全考虑事项是什么?

在可能易燃或易爆的环境中进行拉曼分析的最大风险是，集中的激光束可能会导致粒子或表面加热，并充当一个意外的火源。IEC-60079标准定义了三种防止光辐射(例如拉曼激发激光)引发火灾或爆炸的方法。

• IEC指示指的是具有某种传感器，如果爆炸性气体靠近拉曼探针焦点，该传感器将关闭激光。这可能是一个光纤断路检测电路的情况下，携带激光的电缆被切断。或者，考虑这样一种情况，拉曼探针正在测量管道或容器中的液体。只要激光焦点在“水下”，远离氧气，就不会发生燃烧，但如果液位降得太低，焦点有暴露在爆炸蒸汽中的风险，则需要液位传感器发出信号来切断激光的电源。
• 标识规定在测点周围有一个小区域，在这个区域用惰性气体或其他保护方法进行主动清洗，可以防止爆炸性气体泄漏进来。你实际上是在你的拉曼测量位置创建了一个小的“安全区”。
• Tornado围绕设计了其atex安全的拉曼解决方案，其中“is”代表“内在安全”。广泛的研究由IEC工程师已经确定,通过限制进入危险区域,激光功率一定程度——要么15兆瓦,35 mW, 150兆瓦,这取决于特定类型的气体存在的风险,那么没有激光触发一个点火,无论多么紧密聚焦光束可能会。

另外两个重要的问题是，进入危险区域的电信号，比如限位开关电路或激光安全指示灯，可能会产生火花，或者制造拉曼探测器的材料可能会产生火花，亚博网站下载例如静电放电或金属表面的碰撞，如果探头掉落在管道上。在确定拉曼系统对ATEX部署是否安全时，还需要考虑这些因素。

继上一个问题，OPIS 35同时具有ATEX和IECEx认证，您能详细说明这意味着什么吗?

ATEX是“Atmosphères explosives”的缩写，是欧洲的一项指令IECEx标准．IEC-60079文件非常具体和全面，但它们背后没有法律效力。

欧洲的ATEX指令使它成为遵循IECEx标准的要求，而不仅仅是最佳实践指南。

我们的OPIS 35激光附件已通过IECEx标志“[Ex ia op is IIC T4 Ga]”认证，其中每组字母和数字都有特定的法规含义:

• 前女友指可能发生爆炸的大气
• ia表明OPIS信号和联锁电路的输出本质上是安全的，不会产生火花
• op是告诉我们，激光辐射在以下条件下本质上是安全的:
• IIC定义了一个除了地下矿井以外的有瓦斯气体的区域
• T4指点火温度在135˚C或更高的潜在易燃气体，包括绝大多数工业气体类型
• 遗传算法意味着OPIS 35具有最严格的设备保护级别app亚博体育

Tornado的OPIS 35 ATEX认证的激光配件

OPIS 35对应的ATEX标志包括所有IECEx标识，加上附加的指标“II (1) G”，翻译为“适合安装在地球表面”，“适合连接到0区设备”和“适合气体环境”。app亚博体育ATEX标志还包括一个黄色的六边形图标，里面有字母“Ex”，这是最容易识别的ATEX符合性符号。但是你真的应该注意ATEX标志的其余部分来确定一个特定的设备是否安全你的ATEX情况。

因此，ATEX和IECEx的标志传达了几乎相同的信息，但重要的是要区分，IECEx是一个标准，而ATEX是一个规定。

您认为OPIS 35及其与HyperFlux PRO Plus集成的主要特点是什么?

启用了35mW htvs的HyperFlux™PRO Plus具有与运行在495mW时的传统拉曼分析仪相同的测量精度

的主要特点opi 35设备是标志，该设备产生和传输的激光本身是安全的，不会点燃任何T4气体。通过设计，任何项目(如拉曼探头)连接到OPIS 35保持符合ATEX Zone 0光学安全无需修改。需要明确的是，OPIS 35本身不能被放置在危险区域，但它可以将光发送到光纤中，并进入该区域，这种配置是保证安全的。

与或拉曼系统一样，您不需要任何app亚博体育辅助设备，如限位开关或吹扫系统。方法更简单、更便宜，而且可以说更安全，因为出错的事情更少。

OPIS有内部电流限制器，可以很容易地向危险区域发送本质上安全的电信号(即标记中的“ia”)，以点亮激光指示灯和/或启用紧急停止按钮或门开关。即使不需要任何像那样的联锁关闭电路，眼睛安全规范可能指定这些类型的联锁，并且这种能力被内置在OPIS 35中。

ATEX解的另一个特性是能够的灵活性将opi设备添加到现有专业+分析器,然后能够切换回闪光(495 mW)励磁系统远离危险环境,回到一个完全像实验室的安全区域。这是一个简单的问题，插或拔OPIS和PRO Plus之间的几根电缆。

当OPIS连接时，我们的软件识别，适当修改用户界面，并禁用PRO Plus内部激光。此外，如果OPIS没有连接到PRO Plus，那么它将不会发射激光。

尽管OPIS 35激光器的功率较低，但龙卷风光谱系统如何仍能提供与传统拉曼系统相同质量的数据呢?

通常，将激光限制在35 mW将严重降低拉曼光谱的质量，因为拉曼信号与激发激光功率成正比。我们通过将固有安全的激光源与我们的htvs增强光谱仪配对来弥补信号损失，它的效率比传统光谱仪高10到20倍，从而弥补了使用低功率激光获得的较低的拉曼信号。因此，我们能够达到相同的测量精度质量——无论是速度，检测限度，或化学计量精度——作为传统分析仪，不兼容。

对于龙卷风光谱系统来说，拉曼分析的未来是什么样子的?

一个完整的过程分析解决方案需要的不仅仅是一个强大的分析仪器。我们也花了很多精力开发功能强大但易于使用的仪器控制软件，提供灵活的样品界面，如不同类型的探针(浸入式、流槽式和非接触式)，增加集成到工业分布式控制系统的能力，以及与我们的核心仪器能力相当的安全措施。所有这些因素都是为我们的客户群提供一个全面和完全可部署的产品的关键因素。

读者在哪里可以找到更多的信息?

欲了解更多信息，请访问我们的网站https://tornado-spectral.com/

要观看我们的网络研讨会，危险区域的固有安全拉曼测量,请访问:https://tornado-spectral.com/resources/webinars/

对研究人员

作为Tornado光谱系统的应用开发和客户成功总监，Mark主要负责支持全球销售和使客户成功。在他的整个职业生涯中，Mark广泛参与光谱技术，包括拉曼、FT-IR、近红外、太赫兹和核磁共振。Mark在商业和技术方面都有工作，并在知名期刊上发表了25篇同行评议的论文，在100多个国际会议上发表了论文，还为一本书贡献了一章。他在美国代顿大学获得化学学士学位，在美国明尼苏达大学获得生物化学硕士学位。目前，他正在东京明治制药大学(Meiji Pharmaceutical University)的深ami Toshiro教授的指导下攻读博士学位。

布拉德开始了他的职业生涯，从事天体物理学研究和开发先进的光学仪器，从微弱的星光中提取最大数量的有用信息。之前的大部分工作直接转化为Tornado在地面光谱应用方面的最新进展，如实时拉曼监测和工业过程分析。

这些信息已经从龙卷风光谱系统提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载

有关此来源的更多信息，请访问龙卷风光谱系统。