Tự động hóa là một yếu tố thiết yếu và hiệu quả của nhiều ngành công nghiệp. Nhiều công nghệ đã được phát triển, đánh giá và ứng dụng trong tự động hóa công nghiệp, từ các kỹ thuật phân tích đến cảm biến, robot và trí tuệ nhân tạo. Bài viết này sẽ khám phá vai trò của quang phổ Raman trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp và lợi ích của nó đối với các quy trình công nghiệp.
1. Phổ Raman là gì?
Phổ Raman được phát triển lần đầu tiên bởi CV Raman và KS Krishnan vào năm 1928.
Kỹ thuật phân tích đo các chế độ năng lượng rung động của mẫu bằng cách sử dụng ánh sáng tán xạ để tiết lộ thông tin về cấu trúc và hóa học của một chất. Dấu hiệu đặc trưng của một chất, được gọi là “dấu hiệu Raman”, xác định chất đó.
Sự tán xạ Raman là một quá trình không đàn hồi trong đó năng lượng được truyền đi giữa phân tử và một photon bị tán xạ.
Các dạng tán xạ ánh sáng khác xảy ra khi một phân tử bị kích thích bởi tia laser là tán xạ Rayleigh, một quá trình đàn hồi và tán xạ Raman phản Stokes.
Về cơ bản, tán xạ ánh sáng là sự hình thành phức hợp tồn tại trong thời gian ngắn giữa một phân tử và một photon, thường được gọi là trạng thái ảo của phân tử. Trạng thái này không ổn định, với photon ngay lập tức được phát lại dưới dạng ánh sáng tán xạ.
Phổ Raman đo khoảng cách năng lượng giữa các mức rung động của phân tử. Có nhiều chế độ rung động trong các phân tử đa nguyên tử, mỗi chế độ có “thang” mức rung động riêng.
Bước sóng của ánh sáng tán xạ Raman phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng kích thích. Khi sử dụng các loại laser khác nhau, bước sóng này là một con số không thực tế để so sánh, do đó vị trí tán xạ được chuyển đổi thành sự dịch chuyển Raman ra khỏi bước sóng của ánh sáng kích thích.
2. Lợi ích của quang phổ Raman
Phổ Raman đo khoảng cách năng lượng giữa các Phổ Raman có nhiều lợi ích như một kỹ thuật phân tích, bao gồm:
- Nó là một phương pháp không phá hủy và không xâm lấn
- Có thể dễ dàng phân biệt các cấu trúc hóa học
- Không cần chuẩn bị mẫu
- Tính linh hoạt để kiểm soát kích thước mẫu
- Sử dụng ánh sáng nhìn thấy hoặc gần nhìn thấy
- Rất nhạy cảm
- Phổ Raman có thể được kết hợp với các kỹ thuật phân tích khác, bao gồm kính hiển vi điện tử quét, kính hiển vi lực nguyên tử và kính hiển vi quét laser cộng hưởng, khiến nó trở thành phương pháp phân tích cực kỳ linh hoạt cho các nhà nghiên cứu
- Khi sử dụng kết hợp với các kỹ thuật bổ sung, chúng ta có thể hiểu biết đầy đủ về mẫu.
- Xác định chính xác ứng suất mẫu, là công cụ kiểm soát chất lượng mạnh mẽ.
3. Tầm quan trọng của tự động hóa công nghiệp
Tự động hóa bao gồm nhiều công nghệ, quy trình và thiết bị khác nhau, đồng thời giảm sự can thiệp của con người vào các quy trình công nghiệp.
Nó sử dụng công nghệ thông tin tiên tiến và thiết bị chuyên dụng. Robot và các công nghệ khác thay thế hoàn toàn các nhiệm vụ trước đây do con người thực hiện.
Lĩnh vực này là một phần thiết yếu của ngành công nghiệp hiện đại, mang lại nhiều lợi thế:
- Cải thiện sự an toàn
- Giảm thời gian chết
- Tiết kiệm chi phí như nhân công
- Cho phép người lao động tập trung vào các hoạt động có giá trị gia tăng nhiều hơn
- Sự nhất quán và chất lượng cao hơn
- Cải thiện tính linh hoạt, năng suất, khả năng truy xuất nguồn gốc sản phẩm và hỗ trợ dữ liệu
- Hoạt động tích hợp cao
4. Phổ Raman được sử dụng như thế nào trong tự động hóa công nghiệp?
Phổ Raman cung cấp khả năng phân tích mạnh mẽ cho các hệ thống tự động. Những phát triển gần đây về quang học, máy dò và laser đã nâng cao tốc độ và độ chính xác của phân tích nội tuyến thời gian thực cho các kỹ thuật viên và nhà nghiên cứu.
Kết quả có thể được thu thập chỉ trong vài giây, so với thời gian kéo dài cần thiết khi sử dụng các phương pháp thông thường.
Phổ Raman đã chuyển từ phòng thí nghiệm sang các quy trình sản xuất và công nghiệp để phân tích chất lượng và cải thiện an toàn vận hành. Ví dụ, các mẫu nguy hiểm như hợp chất nhôm trikalkyl có thể được xử lý an toàn.
Đầu dò Raman nhúng có thể được sử dụng trong môi trường nguy hiểm, chẳng hạn như nhiệt độ cao, áp suất hoặc môi trường bên trong độc hại của tàu công nghiệp. Điều này loại bỏ nhu cầu chiết xuất và phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm, cải thiện tính an toàn và giảm thời gian ngừng hoạt động của quy trình.
Các mẫu có thể được phân tích hiệu quả do bản chất không phá hủy của quang phổ Raman và khả năng thông lượng cao của nó. Điều này cho phép người vận hành xác định hư hỏng và chất lượng của vật liệu và thành phần trong một quy trình hoàn toàn tự động. Các công ty có thể dễ dàng vượt qua các rào cản sản xuất bằng phương pháp này.
Thiết bị quang phổ Raman trạng thái rắn dễ thu thập thông tin, sẵn sàng xử lý và đáng tin cậy, rất có lợi cho các quy trình tự động.
5. Những phát triển gần đây
Một số kỹ thuật quang phổ Raman mới đã được phát triển trong những năm gần đây, cải thiện độ chính xác, chất lượng và phạm vi phân tích quy trình.
Công nghệ lấy mẫu và phát hiện bằng laser đã được cải thiện trong những thập kỷ gần đây, dẫn đến những cải tiến về hiệu suất lấy mẫu và phân tích.
Trong tự động hóa công nghiệp, các công nghệ Công nghiệp 4.0 ngày càng được áp dụng. Trí tuệ nhân tạo, máy học, mạng nơ-ron, Dữ liệu lớn và IoT đóng vai trò trong các quy trình công nghiệp tự động hiện đại. Các công nghệ đột phá này trích xuất hiệu quả dữ liệu quy trình có liên quan từ các tập dữ liệu ngày càng lớn và phức tạp do các phương pháp phân tích quang phổ Raman tạo ra trong các quy trình công nghiệp tự động.
6. Những thách thức khi sử dụng quang phổ Raman trong tự động hóa công nghiệp
Mặc dù các kỹ thuật này có nhiều ưu điểm, nhưng một số yếu tố hạn chế ứng dụng của chúng trong tự động hóa công nghiệp. Khắc phục những thách thức này là trọng tâm của nghiên cứu hiện nay về tự động hóa công nghiệp.
Bất chấp những tiến bộ trong công nghệ laser, phần cứng phát hiện và phần mềm phân tích, sự phát triển của máy quang phổ vẫn không theo kịp, khiến nó trở thành yếu tố hạn chế trong nghiên cứu hiện nay.
Trong các quy trình tự động hóa công nghiệp tự động, thông lượng cao và đòi hỏi cao, các tập dữ liệu lớn được tạo ra. Những tập dữ liệu này đòi hỏi các kỹ thuật phân tích dữ liệu tiên tiến, đắt tiền và phần mềm phức tạp để quản lý.
7. Triển vọng tương lai của ngành tự động hóa
Tự động hóa đã trở thành một yếu tố phổ biến của nhiều ngành công nghiệp. Sau COVID-19, ngành công nghiệp đã tăng cường tự động hóa để nâng cao năng suất, an toàn, chi phí và kiểm soát chất lượng.
Với các quy trình tự động hóa, phần cứng và công nghệ đột phá như AI, khả năng phân tích mạnh mẽ đang ngày càng trở nên cần thiết. Phổ Raman là một kỹ thuật phân tích như vậy có tiềm năng to lớn trong tự động hóa công nghiệp.
8. Các dòng máy/kính hiển vi quang phổ Raman đang có tại H2TECH
8.1. Máy quang phổ Raman cầm tay RS DYNAMICS – MICRORAMAN
Máy đo quang phổ cầm tay Raman là thiết bị gọn nhẹ cơ động sử dụng cơ động cho phòng thí nghiệm và cả bên ngoài hiện trường vẫn đảm bảo được kết quả đo chính xác và khả năng cơ động gọn nhẹ, tích hợp pin và bộ thu phát wifi giao tiếp dễ dàng với máy tính để bàn và tablet, smartphone.
Máy quang phổ Raman cầm tay RS DYNAMICS – MICRORAMAN
Xem thông tin chi tiết tại đây: https://thietbikhoahoch2tech.com/san-pham/may-quang-pho-raman-rs-dynamics/
Thông số kỹ thuật:
– Trọng lượng: 650 gam
– Kích thước: Dài: 225 mmx Cao: 38 mmx Rộng: 109 mm
– Loại laze: laze bán dẫn 785 nm
– Công suất phát laser: Có thể điều chỉnh hoàn toàn lên tới 470 mW
– Loại đầu dò: Dải CMOS tiên tiến
– Dải quang phổ: 200 – 2000 cm-1
– Độ phân giải quang phổ: 12 cm-1
– Lớp laze: 3B
– Thời gian phát hiện/Nhận dạng: thường là 2 giây
– Quét trễ: 0 – 30 giây
– Thời gian quét: 2 – 20 giây
– Phơi sáng: Tự động hoặc thủ công với độ trễ quét có thể cài đặt trước
– Kết nối: WiFi, Bluetooth, USB 2.0
– Tải xuống dữ liệu: Ổ đĩa flash ngoài
– Quang học: Bộ điều hợp ống kính tiêu cự cố định có thể hoán đổi cho nhau và bộ điều hợp giá đỡ lọ
– Màn hình: Màn hình màu cảm ứng 6.5” độ phân giải cao
– Pin: Li-Ion, hoạt động 8 – 10h cho 1 lần sạc
– Nguồn điện bên ngoài: 110 – 240 V AC, 100 Watts (bao gồm)
– Bộ sạc xe hơi: Bộ chuyển đổi CLA (tùy chọn)
– Dải nhiệt độ hoạt động: -15 đến +55 °C
– Dải nhiệt độ bảo quản: -25 đến +55 °C
– Ứng dụng Robotic: WiFi điều khiển từ xa
– Vật tư tiêu hao: Không yêu cầu vật tư tiêu hao
– Chứng nhận: CE, ROHS
>Xem video về Máy quang phổ raman cầm tay Rs Dynamics – MicroRaman<<<
8.2. Kính Hiển Vi Raman EDINBURGH – RM5
Kính hiển vi có vai trò quan trọng trong phòng thí nghiệm, trong nghiên cứu, sản xuất.
Kính Hiển Vi Raman EDINBURGH – RM5
>>Xem thông tin chi tiết tại đây: https://thietbikhoahoch2tech.com/san-pham/kinh-hien-vi-raman-rm5/
Thông số kỹ thuật:
– Truly Confocal – với khe có thể thay đổi và lỗ kim có thể điều chỉnh nhiều vị trí để có độ nét hình ảnh cao hơn, loại bỏ huỳnh quang tốt hơn và tối ưu hóa ứng dụng
– Tích hợp Laser Raman Băng thông hẹp – tối đa 3 laser được điều khiển bằng máy tính để dễ sử dụng, tăng cường độ ổn định
– Tháp cách tử 5 vị trí – cho độ phân giải cảo <0,3 cm-1 và tối ưu hóa trên toàn dải phổ <50 cm-1 – 15.000 cm-1
– Tích hợp các đầu dò – lên đến 2, bao gồm CCD, EMCCD và InGaAs hiệu quả cao cho tiếng ồn thấp, tốc độ tăng, độ nhạy cao và dải phổ rộng.
Xem video về Kính hiển vi Raman Edinburgh RM5<<<
8.3. Kính Hiển Vi Raman EDINBURGH – RMS1000
Kính hiển vi có vai trò quan trọng trong phòng thí nghiệm, trong nghiên cứu, sản xuất.
– RMS1000 là kính hiển vi Raman đồng tiêu cấp nghiên cứu kiến trúc mở. Nó đã được thiết kế để có thể thích ứng với hầu hết mọi ứng dụng Raman hiện đại, tiên tiến nhất.
– Công cụ nghiên cứu cao cấp này đã được xây dựng mà không có sự thỏa hiệp; dẫn đến một hệ thống độc lập cả về đặc điểm kỹ thuật và tính dễ sử dụng. Các ứng dụng ngoài Raman như kính hiển vi huỳnh quang phân giải theo thời gian và hình ảnh thời gian sống huỳnh quang (FLIM) đều có thể thực hiện được với RMS1000 linh hoạt.
Kính Hiển Vi Raman EDINBURGH – RMS1000
>>Xem thông tin chi tiết tại đây: https://thietbikhoahoch2tech.com/san-pham/kinh-hien-vi-raman-rms1000/
Thông số kỹ thuật:
*Laser
– Tích hợp 5 laser dải hẹp: 532 nm, 638 nm, 785 nm thường được sử dụng
– Có sẵn các tia laser bổ sung từ UV đến NIR. Laser bên ngoài có thể được tích hợp
– Lựa chọn laser được điều khiển hoàn toàn bằng máy tính
– Bao gồm các bộ lọc chặn laser liên kết, được điều khiển hoàn toàn bằng máy tính
* Máy quang phổ
– Khoảng bước sóng: 200 nm – 2,200 nm
– Gratings: tháp gratings 5 vị trí
– Khe: Điều chỉnh liên tục, điều khiển hoàn toàn bằng máy tính
* Độ phân giải phổ: Từ <0,1 cm-1 (tùy thuộc vào lựa chọn cách tử, laser và CCD)
* Độ phân giải không gian: XY (bên), Z (trục), 0,25 µm, <1 µm (tùy thuộc vào vật kính laser và kính hiển vi)
* Phạm vi quét phổ: 5 cm-1 * – 30.000 cm-1 (* với phần đính kèm wavenumber thấp)
* Thu ảnh đồng thời: Lỗ kim đồng thời có thể điều chỉnh, được điều khiển hoàn toàn bằng máy tính
* Đầu dò:
– Đầu dò CCD:
+ Độ nhạy cao CCD Phổ nhiễu cực thấp
+ 1650 x 200 pixel, làm mát bằng TE âm 60 °C (tiêu chuẩn)
+ 2000 x 256 pixel, làm mát bằng TE âm 60 °C (độ nhạy / dải phổ nâng cao)
– Đầu dò thứ 2 tùy chọn
+ Đầu dò EMCCD, 1600 x 200 pixel, làm mát bằng TE -100°C (thời gian phản hồi nhanh)
+ Mảng InGaAs, 1024 pixel, làm mát bằng TE -90°C, lên đến 2.200 nm
* Phần mềm:
– Ramacle®: Gói phần mềm trực quan, tất cả trong một toàn diện
– Tùy chọn: Gói thư viện hóa học, quang phổ
* Huỳnh quang
– Quang phổ: với cách tử độ phân giải thấp và CCD tích hợp
– Lifetime: với laser xung pico giây, thiết bị điện tử TCSPC, đầu do đếm photon nhanh, ánh xạ huỳnh quang quang phổ và tuổi thọ cũng có sẵn
*An toàn laze
– Không có vỏ bọc laze: Loại 3B (tùy thuộc vào nguồn laser ngoài)
– Với vỏ laser: Loại 1
*Kích thước
– Rộng x Sâu x Cao: 975 mm x 610 mm x 1170 mm
– Trọng lượng: từ 114 kg
Xem video về Kính hiển vi Raman Edinburgh RMS1000<<<
Công ty CP Thiết Bị Khoa học H2TECH – Là đơn vị cung cấp các thiết bị khoa học kỹ thuật hàng đầu tại Việt Nam. H2TECH là đối tác của nhiều trường học các viện nghiên cứu và các trung tâm thí nghiệm. Là một trong những nhà phân phối tại Việt Nam, với nhiều hãng nỗi tiếng khác nhau trên thế giới như Rs Dynamics, Jasco, Edingburgh, …. Nếu bạn đang có nhu cầu về các dòng Máy quang phổ Raman, Kính hiển vi Raman hoặc thiết bị phòng thí nghiệm khác hãy liên hệ với H2TECH để được hỗ trợ cung cấp các thiết bị với mức giá hợp lý nhất.
CÔNG TY CP THIẾT BỊ KHOA HỌC H2TECH
Chuyên cung cấp các thiết bị phòng thí nghiệm – Thiết kế phòng lab
Chúng tôi hợp tác lâu dài dựa trên uy tín, chất lượng và hỗ trợ cho khách hàng một cách tốt nhất
Hotline: 0974.567.006
028.2228.3019
Email: thietbi@h2tech.com.vn
Website: https://h2tech.com.vn
https://thietbihoasinh.vn
https://thietbikhoahoch2tech.com