Analysis of chemicals using near-infrared spectroscopy

Význam tématu

Metoda blízké infračervené (NIR) spektroskopie je rychlou, neinvazivní a univerzální technologií pro sledování chemických a fyzikálních parametrů v různých průmyslových i laboratorních aplikacích. Díky citlivosti na absorpce O–H, N–H, C–H či S–H je výrazně vhodná pro stanovení vlhkosti, organických sloučenin, reakčních sledů a kvality materiálů bez nutnosti komplikované přípravy vzorku.

Cíle a přehled studie / článku

Publikace představuje více než 60 ukázkových případů využití NIR spektroskopie pro kvalitativní i kvantitativní analýzu v chemickém průmyslu. Obsah rozděluje aplikace do skupin podle typu vzorku (kapaliny, pevné látky, emulze, reakční směsi, povrchové vrstvy), analyzovaných parametrů (vlhkost, organické kontaminanty, monomerické složky, reakční meziprodukty) a formy nasazení (laboratoř, at-line, in-line, online). Cílem je ukázat metodickou průchodnost od výběru vzorku, přes optické uspořádání až po konstrukci kalibračních modelů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro většinu studií byly použity NIRSystems přístroje řady Model 5000 a 6500, resp. novější NIRS XDS analyzátory (RapidLiquid, RapidContent, Process, SmartProbe či OptiProbe). Metody zahrnují:

• transmisní měření v kvartetu (1–20 mm);
• difuzní odrazové (reflectance) v prášcích i pastách;
• interaktance (fiber-optic průchod vzorkem 1–10 mm);
• implantace do procesních linek (in-line, online).

Hlavní výsledky a diskuse

V reálných případech NIR umožnila:

• detekci a kvantifikaci vody v rozmezí stovek ppm až desetiny % s přesností pod 0,1 %;
• monitorování organických reaktantů a meziproduktů (rozsahy 0–100 %), např. glykoly, butandioly, styren, butadien, methanol, ketony;
• sledování chemických reakcí a koncových bodů (nonen + diphenylamin, hydrofluor-sulfonové procesy);
• stanovení hodnot fyzikálně-chemických parametrů (acidita, sapnifikace, pour-point, viskozita) z barevných i kalných vzorků;
• rozlišení a kvantifikaci přísad na povrchu i v pevných produktech (silikonové vrstvy, povlaky, aditiva v cementu či kaučuku).

Přínosy a praktické využití metody

NIR spektroskopie přináší:

• rychlou odezvu a neinvazní sledování procesu v reálném čase;
• snížení nákladů na tradiční chemické rozbory a spotřebu činidel;
• zjednodušenou přípravu vzorků a možnost automatizace měření;
• využití pro kvalitu, kontrolu výroby (QA/QC) i výzkumné účely.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj směřuje k miniaturizaci NIR senzorů pro mobilní a terénní měření, integrovaným řešením v procesních sítích Industry 4.0, pokročilým chemometrickým algoritmům (PLS, strojové učení) pro robustní kalibrace napříč šaržemi a k rozšíření oblastí použití v biotechnologii, farmaceutice či automatizovaných laboratořích.

Závěr

Aplikace Bulletin 409 ukazuje silné stránky NIR spektroskopie pro široké spektrum chemických analýz včetně stopových i makrokomponent. Metoda nabízí vynikající kompromis mezi rychlostí, přesností a nenáročnou přípravou. Díky flexibilní konfiguraci optiky a robustním kalibračním postupům je NIR vhodná pro rutinní kontrolu i sofistikovaný výzkum.