Inline analysis of borate and sulfate solutions with Raman spectroscopy

Význam tématu

Výroba kyseliny borité vyžaduje efektivní kontrolu chemického procesu krystalizace, zejména monitorování obsahu boritanů a síranů. Inline spektroskopie typu Raman umožňuje rychlé, bezreagentní sledování, které šetří čas i prostředky a minimalizuje ekologickou zátěž.

Cíle a přehled studie / článku

Studie demonstruje schopnost přístroje PTRam analyzovat v reálném čase koncentrace H₃BO₃ a Na₂SO₄ ve vodných roztocích při nízkých hladinách (<100 mg/L). Cílem je nahradit tradiční gravimetrii, zrychlit měření a snížit náklady.

Použitá metodika a instrumentace

Pro kvantitativní analýzu byly použity tyto přístupy:

• Inline Raman spektroskopie s laserem 785 nm
• PTRam Analyzer od Metrohm Process Analytics
• Metody multivariátní kalibrace založené na výrazných Ramanových pásových signálech
• Minimální počet referenčních měření pro validaci modelu

Hlavní výsledky a diskuse

Ramanovy pásy byly identifikovány při 880 cm⁻¹ pro boritan a 993 cm⁻¹ pro síran. Limity detekce (LOD) se pohybovaly kolem 10–15 mg/L pro jednotlivé soli. Standardní chyba predikce (SEP) dosahovala hodnot 3–10 mg/L v závislosti na matrici. Výsledky ukazují vysokou přesnost a robustnost měření v přítomnosti smíšených roztoků.

Přínosy a praktické využití metody

Inline Raman spektroskopie nabízí následující výhody:

• Průběžná kontrola procesu v reálném čase
• Eliminace nutnosti chemických činidel a složité přípravy vzorků
• Zvýšení efektivity a reprodukovatelnosti výroby
• Snížení objemu odpadních vod

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může směřovat k:

• Implementaci pokročilých algoritmů strojového učení pro lepší analýzu složitých matric
• Integraci inline Raman do širších systémů Průmyslu 4.0
• Rozšíření metody na monitoring dalších kritických procesních parametrů v chemickém a farmaceutickém průmyslu

Závěr

Ramanova spektroskopie pomocí PTRam Analyzeru je efektivní a spolehlivý nástroj pro inline monitoring boritých a síranových roztoků v průběhu výroby kyseliny borité. Metoda přináší rychlou odezvu, vysokou přesnost i ekologické výhody.

Reference

1. Britannica. Boron: Properties, Uses & Facts. 2023.
2. Borates Today. Boron Mining: Sources and Major Producers. 2023.
3. Precedence Research. Boric Acid Market Size to Worth US$ 1,169.89 Million by 2030. 2022.
4. Mergen A., Demirhan M. H., Bilen M. Processing of Boric Acid from Borax by a Wet Chemical Method. Adv. Powder Technol. 2003, 14(3):279–293.
5. Britannica. Gravimetric analysis: Definition, Steps, Types & Facts. 2023.
6. Childs M. P. Quantification of Boric Acid Concentration and Losses Due to Vaporization in the PASTA Facility. Texas A&M University, 2016.
7. ISO. Sodium Sulphate for Industrial Use — Determination of Sulphates Content — Calculation Method and Barium Sulphate Gravimetric Method. 1975.