Ievads: pāreja uz-rindas analīzi

Spektroskopiskie instrumenti ir pārvietoti no analītiskās laboratorijas stenda uz ražošanas grīdu. Pusvadītāju materiāli reāllaikā uzrauga plēves biezumu un kodināšanas ķīmiju. Litija -jonu akumulatoru ražotāji seko līdzi elektrolīta sastāvam un pārklājuma viendabīgumam. Farmaceitisko līdzekļu ražotāji pastāvīgi apstiprina aktīvo vielu koncentrāciju, nevis tikai ar partijas paraugu ņemšanu. Katrā no šiem gadījumiem instruments, kas veic mērījumus, ir atkarīgs no difrakcijas režģa, lai atdalītu viļņu garumus ar pietiekamu izšķirtspēju un stabilitāti, lai uztvertu procesa novirzi, pirms tas kļūst par lūžņiem.

Šī maiņa instrumentu ražotājiem rada skaidru inženierijas problēmu. Režģis, kas paredzēts galda laboratorijas spektrometram, kas darbojas kontrolētā klimata{1}}telpā un tiek atkārtoti kalibrēts starp katru lietošanas veidu, saskaras ar ļoti atšķirīgām prasībām nekā režģis, kas iestrādāts 24/7 inline procesa analizatorā, kas pieskrūvēts pie ražošanas līnijas un ir pakļauts vibrācijai, temperatūras svārstībām un gadiem ilgas nepārtrauktas darbības starp apkopes intervāliem. Šajā rakstā aplūkots, ko rūpniecisko procesu vadības lietojumprogrammas patiesībā pieprasa no difrakcijas režģa, un kā šīm prasībām būtu jāveido lēmumu par iegādi instrumentu ražotājiem, kuri veido šīs nākamās paaudzes procesu analīzes aparatūru.

Kāpēc rūpniecisko procesu vadība ir atšķirīga dizaina problēma nekā laboratorijas spektroskopija?

Laboratorijas spektrometrus parasti izmanto apmācīti tehniķi, tie bieži tiek atkārtoti kalibrēti un novietoti vidē, kas ir izstrādāta tā, lai samazinātu termiskos un vibrācijas traucējumus. Procesa vadības instrumentiem nav neviena no šīm greznībām. No tiem tiek sagaidīts:

Katrs no šiem darbības apstākļiem īpaši rada spiedienu uz difrakcijas režģi. Termiskā novirze substrātā maina rievu atstarpi un samazina viļņa garuma kalibrēšanu. Mehāniskā vibrācija ekspluatācijas gadu laikā var pasliktināt slikti uzstādīta režģa izlīdzināšanu. Pārklājuma noārdīšanās korozīvās atmosfērās samazina difrakcijas efektivitāti laika gaitā, klusi samazinot signāla -pret-trokšņu attiecību, līdz procesa novirze paliek nepamanīta.

1. pielietojums: pusvadītāju plēve un procesa uzraudzība

Pusvadītāju izgatavošana ir balstīta uz optisko metroloģiju vairākos procesa posmos - plēves biezuma mērīšana, kodināšanas beigu punkta noteikšana un arvien vairāk nogulsnēšanās ķīmijas iekļautā spektroskopiskā uzraudzība. Šīs lietojumprogrammas parasti darbojas UV-Visaptverošā un tuvu-infrasarkanajā diapazonā, un tām ir nepieciešama gan augsta izšķirtspēja, gan ilgtermiņa viļņa garuma stabilitāte, jo uzņēmums, kas darbojas nepārtraukti, nevar paciest, ka metroloģijas rīks novirzās no kalibrēšanas vidus{5}}nobīdes.

Hologrāfiskie režģibieži tiek iecienīti šajā telpā, jo tiem ir zems izkliedētais apgaismojums un izcilā rievu viendabība, kam ir liela nozīme tiešās -plēves traucējumu mērījumos, kur smalkās spektrālās iezīmes ir jāatrisina uz spilgti atstarotā fona. Režģis ar paaugstinātu izkliedētu gaismu var maskēt tieši tādu nelielu spektra nobīdi, kas norāda uz plēves biezuma novirzi, kuru ir vērts uztvert, pirms plāksne pāriet uz nākamo procesa posmu.

Tā kā pusvadītāju fabs ir dažas no visprasīgākajām ražošanas vidēm mērījumu konsekvences nodrošināšanai visā nozarē, instrumentu ražotājiem, kas apkalpo šo nozari, prioritāte ir jāpiešķir piegādātājiem, kuri var demonstrēt ražošanas konsekvenci no daudzām -līdz{1}} partijām, nevis tikai vienu labi-darbīgu paraugu režģi. JYOPTIX ražošanas process gan līnijveida, gan hologrāfiskajiem režģiem ir balstīts uz atziņu, ka pusvadītāju un uzlaboto{4}}ražotāju klienti pārbauda instrumenta veiktspēju, salīdzinot ar ražošanas-rindas darbības laika prasībām, nevis tikai sākotnējo specifikāciju atbilstību.

2. pielietojums: jauna enerģija - fotoelementu un litija-jonu akumulatoru ražošana

Jaunā enerģijas ražošanas nozare - saules bateriju ražošana un litija-jonu akumulatoru ražošana - ir kļuvusi par vienu no visstraujāk-augošajiem inline spektroskopisko procesu vadības tirgiem, un tai ir savas īpašās prasības attiecībā uz režģi.

Fotoelementu ražošanā tiek izmantotas spektroskopiskās metodes, lai uzraudzītu pārklājuma viendabīgumu, piedevu koncentrāciju un pret{0}}atstarojošo slāņu darbību ražošanas līnijās, kurās produkts tiek nepārtraukti pārvietots. Akumulatoru ražošanā gandrīz -infrasarkanā un Ramana spektroskopija tiek arvien vairāk izmantota, lai uzraudzītu elektrodu pārklājuma biezuma, elektrolīta sastāva un suspensijas konsistences - mērījumus, kur pat nelielas kļūdas ietekmē akumulatora veiktspēju un drošības problēmas.

Šajās ražošanas vidēs vienlaikus ir apvienoti divi izaicinoši faktori: nepārtraukta augstas{0}}caurlaidības darbība, kas atstāj nelielu pielaidi instrumentu dīkstāves vai atkārtotas kalibrēšanas cikliem, un bieži vien mazāk kontrolēti vides apstākļi nekā pusvadītāju tīrā telpā. Šeit izvietotajiem režģiem ir nepieciešami pārklājumi un substrāti, kas ir izvēlēti, lai tie būtu izturīgi pret temperatūras cikliskumiem un dažos akumulatoru ražošanas kontekstos, lai tie būtu pakļauti šķīdinātāja tvaiku iedarbībai.Platjoslas infrasarkanās plaknes valdīja režģi-, kas izstrādāti, lai uzturētu efektivitāti plašos spektra logos, piemēram, 500–5000 nm vai 1500–10 600 nm -, ir īpaši svarīgi šai nozarei, jo daudzi jauni-enerģijas procesa mērījumi aptver vairākas absorbcijas funkcijas plašā tuvu-infrasarkanajā diapazonā, nevis izolē vienu šauru joslu.

3. pielietojums: farmaceitiskā procesa analīzes tehnoloģija

Farmācijas ražošanā ir izmantota Process Analytical Technology (PAT) -, izmantojot iekšējos un -līnijas spektroskopiskos mērījumus, lai nepārtraukti uzraudzītu un kontrolētu ražošanas procesus, nevis paļauties tikai uz-no-sērijas laboratorijas testēšanu. Tuvo -infrasarkano staru spektroskopiju plaši izmanto, lai pārbaudītu maisījuma viendabīgumu, tablešu pārklājuma konsistenci un aktīvo farmaceitisko vielu koncentrāciju ražošanas laikā.

Normatīvās prasības farmācijas ražošanā pievieno dimensiju, ar kuru citas rūpniecības nozares nesaskaras tādā pašā mērā: instrumentiem ir ne tikai jādarbojas uzticami, tiem ir jādarbojas pietiekami labi uzskatāmi un reproducējami, lai izpildītu validācijas un audita prasības. Režģis, kas laika gaitā rada pat nelielu mērījumu mainīgumu, var sarežģīt instrumentu ražotāja spēju atbalstīt farmācijas klientu, veicot procesa validāciju, jo jebkura mērījumu novirze ir jāpaskaidro un jākontrolē.

Tas padara ražošanas konsekvenci - tādu pašu rievu kvalitāti, pārklājuma veiktspēju un mehānisko pielaidi no vienas ražošanas režģu partijas līdz nākamajai - par patiesi komerciālu apsvērumu instrumentu ražotājiem, kas apkalpo farmācijas klientus, nevis tikai par tehnisku precizitāti.

4. pielietojums: Vides un drošības uzraudzība

Papildus atsevišķām ražošanas nozarēm spektroskopiskie instrumenti, kas veidoti ap difrakcijas režģiem, tiek plaši izmantoti atmosfēras, ūdens kvalitātes un augsnes piesārņojuma uzraudzībai, kā arī pārtikas nekaitīguma testēšanai un narkotiku un sprāgstvielu noteikšanai drošības lietojumos. Šie instrumenti bieži darbojas ārpus kontrolētas vides, pilnībā - uzmontēti uz uzraudzības stacijām, izvietoti mobilajās lauka vienībās vai integrēti pārnēsājamās noteikšanas iekārtās -, kas nodrošina visaugstāko mehānisko un termisko noturību no jebkuras šeit aplūkotās lietojuma kategorijas.

Instrumentu ražotājiem, kas būvē lauka -izvietojamu vides vai drošības-detektēšanas aprīkojumu, režģu izvēlē bieži vien par prioritāti jāizvirza izturība un stabila veiktspēja plašā darba temperatūras diapazonā, nevis absolūtā maksimālā efektivitāte, kas ir sasniedzama laboratorijas apstākļos.

Slēptās izmaksas par nepietiekamu-norādīšanu: kāpēc lauka kļūmes izseko līdz režģim

Instrumentu ražotāji, kas novērš sūdzību par lauka uzticamību, bieži sāk, pārbaudot detektoru, elektroniku vai programmatūras kalibrēšanas modeli -, un sasniedz režģi tikai pēc tam, kad šīs iespējas ir izsmeltas. Dizaina pārskatīšanas kontrolsarakstā ir vērts iekļaut trīs atteices režīmus:

Kādus instrumentu ražotājiem vajadzētu ņemt līdzi

Visās šajās četrās pielietojuma jomās parādās konsekvents modelis: režģu prasības, kas ir vissvarīgākās rūpnieciskajā un lauka izvietošanā, reti tiek uztvertas tikai ar izšķirtspējas un efektivitātes specifikācijām. Ilgtermiņa viļņa garuma stabilitāte-, pārklājuma izturība, ražošanas partijas konsistence un termiskā un mehāniskā noturība ir galvenie veiksmes faktori.