【應用干貨】在線拉曼在化工領域的應用

2023-11-20 10:09:43 72閱讀次數

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/ 前言 /

很多化工生產均存在危險性，包括可能的爆炸、火災、化學品泄漏等。化工生產的質控需要對成分進行及時的檢測，而取樣操作會給取樣人員帶來燙傷、腐蝕等安全風險。常規質控的溫度、壓力檢測、調節對工藝控制而言頗為粗糙，而取樣檢測的結果延時也會導致反饋調節滯后，同時檢測人員的維持也需要不低的企業成本。這些都催生了企業對在線檢測技術的內在需求。

賽默飛致力于制造幫助客戶更好地控制過程的設備，其中一種就是強大、先進的拉曼光譜分析技術。在化工生產中可以提供反應物和產物的含量監測、反應過程和反應趨勢的變化監測等。本文介紹了Thermo Scientific? Ramina?過程分析儀在格氏試劑合成和偶氮染料生產中的監測兩種新應用。格氏試劑生產反應自開始就是自發的放熱反應，一旦在反應的引發點反應物過多，就會引起反應體系溫度和壓力的急劇上升，造成極大的生產風險。而偶氮染料的生產步驟中，反應物的濃度需要控制在一定范圍內，過高或過低都會影響反應的進行。

圖1. Thermo Scientific? Ramina?過程分析儀

格式試劑生產過程測試

格氏試劑的反應體系比較復雜，利用solo軟件對全光譜進行定量建模和預測，簡易向導式操作使復雜的光譜處理變得簡單易用，模型的擬合度R2可以達到0.99以上。

基于模型對未知樣品含量進行了預測分析，結果如圖3所示，拉曼光譜的預測值與實際值非常接近，幾乎所有樣品的相對誤差均在5%以下。表明在線拉曼非常適合格氏試劑過程預測。實際預測應用顯示，拉曼監測的反應起始點比溫度、壓力表監測的起始點早了2分鐘，也就是后者有2分鐘的滯后，表明拉曼光譜更能快速準確直接反應體系的反應情況，也讓格式反應過程變得更安全可控。

圖2 拉曼光譜的預測值與實際值偏差圖

偶氮染料生產過程測試

偶氮染料生產中的混二硝加氫環節的監測，采用Solo軟件對光譜數據進行分析建立模型，模型擬合效果良好，R2達0.96，表明拉曼光譜和樣品濃度的良好對應性。

把該模型應用于實際產線監測，結果非常好，在生產原料的質量存在固有波動的情況下，混二硝和硝基苯胺的預測偏差都在150 ppm以內。繼續增加數據點升級模型，預測精度會有進一步提高。

（點擊查看大圖）

表1. 混二硝加氫過程中混二硝和硝基苯胺含量的監測結果

總結

我們利用Ramina在線拉曼光譜技術準確預測了格氏試劑的合成反應，儀器可以直接、精確地判斷反應中的反應起點，替代了依靠人工判斷的傳統滯后的判別方式。偶氮染料的生產過程中，Ramina在線拉曼技術也是非常精準地對成分進行監控，有利于我們對工藝過程更好地進行質控，提高產品產率和質量。同時，在線監測取代了人工取樣離線分析的操作，不僅更方便更快速即大大減少了樣品反饋的延遲，減少企業分析上的成本，同時消除了人工操作的安全風險。

Thermo Scientific? Ramina? 在線分析儀采用一體化系統能快速部署且簡單易用，針對不同的化工應用場景提供多種對應的探頭（圖3），可以為用戶提供實時、直接非破壞性的分析，無需樣品制備，測試結果快速且準確，可直接用于危險化學工藝和反應過程的監測，使精準的測量變得更加簡單。Ramina幫助企業實現連續化生產，極大提高質控水平，增加企業的生產效率和產量。Thermo Scientific Ramina過程分析儀為化工過程的實時質控帶來了極大的便利和價值。