Увод: Прелазак на ин-линеарну аналитику

Спектроскопска инструментација се преселила са аналитичке лабораторије на производни под. Полупроводничке фабрике прате дебљину филма и хемију нагризања у реалном времену. Произвођачи литијум{2}}јонских батерија прате састав електролита и уједначеност премаза на линији. Фармацеутски произвођачи потврђују концентрацију активног састојка континуирано, а не само кроз серијско узорковање. У сваком од ових случајева, инструмент који врши мерење зависи од дифракционе решетке за раздвајање таласних дужина са довољном резолуцијом и стабилношћу да ухвати одступање процеса пре него што постане отпад.

Ова промена ствара посебан инжењерски проблем за произвођаче инструмената. Решетка специфицирана за стони лабораторијски спектрометар, која ради у просторији{1}}контролисаној климом и која се поново калибрише између сваке употребе, суочава се са веома другачијим скупом захтева од решетке уграђене у 24/7 инлине процесни анализатор причвршћен за производну линију, изложен вибрацијама, температурним променама и годинама непрекидног рада. Овај чланак разматра шта апликације за контролу индустријских процеса заправо захтевају од дифракционе решетке и како би ти захтеви требало да обликују одлуке о изворима за произвођаче инструмената који граде ову следећу генерацију хардвера за анализу процеса.

Зашто је контрола индустријског процеса другачији проблем дизајна од лабораторијске спектроскопије

Лабораторијским спектрометрима обично управљају обучени техничари, често се поново калибришу и смештају у окружења која су пројектована да минимизирају топлотне и вибрационе сметње. Инструменти за контролу процеса немају ниједан од ових луксуза. Од њих се очекује да:

Сваки од ових услова рада посебно врши притисак на дифракциону решетку. Топлотни помак у подлози помера размак жлебова и деподешава калибрацију таласне дужине. Механичке вибрације током година рада могу оштетити поравнање лоше постављене решетке. Деградација превлаке услед корозивне атмосфере смањује ефикасност дифракције током времена, тихо еродирајући однос сигнала-и-шума све док промена процеса не остане непримећена.

Примена 1: Полупроводнички филм и праћење процеса

Производња полупроводника се ослања на оптичку метрологију у више корака процеса - мерење дебљине филма, детекцију крајњих тачака нагризања и све више, инлине спектроскопско праћење хемије таложења. Ове апликације обично раде у УВ-Вис и блиском-инфрацрвеном опсегу и захтевају и високу резолуцију и дугорочну-стабилност таласне дужине, пошто фабрика која ради континуирану производњу не може да толерише да метролошки алат одступи од калибрације усред-смена.

Холографске решеткесу често фаворизовани у овом простору због њиховог слабог распршеног светла и одличне униформности жлебова, што је директно важно за мерења интерференције са танким{0}}филмом где суптилне спектралне карактеристике морају да се разреше на светлу рефлектовану позадину. Решетка са повишеним лутајућим светлом може да маскира управо ону врсту малог спектралног померања који указује на одступање дебљине филма које вреди ухватити пре него што плочица пређе на следећи корак процеса.

Пошто фабрике полупроводника представљају нека од најзахтевнијих производних окружења за конзистентност мерења било где у индустрији, произвођачи инструмената који опслужују овај сектор треба да дају приоритет добављачима који могу да покажу конзистентност-до-производње, а не само једну решетку узорка са добрим перформансама{2}. ЈИОПТИКС-ов производни процес и за равне и за холографске решетке је изграђен на основу препознавања да купци полупроводника и напредне{4}}производње потврђују перформансе инструмента у односу на захтеве производне{5}}производне линије, а не само на почетну усклађеност са спецификацијама.

Апликација 2: Нова енергија - производња фотонапонских и литијум{2}} јонских батерија

Нови сектор производње енергије - производња соларних ћелија и литијум{1}}производња литијум-јонских батерија - постао је једно од најбрже-растућих тржишта за инлине спектроскопску контролу процеса и представља своје посебне захтеве за решеткама.

У фотонапонској производњи, спектроскопске технике се користе за праћење уједначености премаза, концентрације допанта и перформанси анти-слоја против рефлексије на производним линијама које непрекидно померају производ. У производњи батерија, блиска{2}}инфрацрвена и Раман спектроскопија се све више примењују за праћење дебљине превлаке електроде, састава електролита и мерења конзистенције суспензије - где се чак и мале грешке удружују са перформансама батерије и безбедносним проблемима низводно.

Ова производна окружења имају тенденцију да истовремено комбинују два изазовна фактора: континуирани рад велике{0}}проточне снаге, који оставља мало толеранције за застоје инструмента или циклусе поновне калибрације, и често мање контролисане фабричке услове у односу на чисту просторију за полупроводнике. Решетке које се овде постављају захтевају премазе и подлоге одабране за издржљивост на температурне циклусе и, у неким контекстима производње батерија, на излагање парама растварача.Широкопојасне инфрацрвене равне решетке- дизајнирани да одрже ефикасност у широким спектралним прозорима као што су 500–5000 нм или 1500–10600 нм - су посебно релевантни за овај сектор, пошто многа нова-мерења енергетских процеса обухватају вишеструке карактеристике апсорпције у широком скоро{7}}солном инфрацрвеном опсегу, а не у инфрацрвеном опсегу.

Апликација 3: Аналитичка технологија фармацеутских процеса

Фармацеутска производња је прихватила процесну аналитичку технологију (ПАТ) - користећи инлине и-линијско спектроскопско мерење за континуирано праћење и контролу производних процеса, уместо да се ослања само на-лабораторијско тестирање на крају{3}}серије. Блиска{5}}инфрацрвена спектроскопија се широко користи за проверу уједначености мешавине, конзистенције облоге таблете и концентрације активног фармацеутског састојка током производње.

Регулаторна очекивања у фармацеутској производњи додају димензију са којом се други индустријски сектори не суочавају у истом степену: инструменти не само да морају да раде поуздано, већ морају да раде довољно добро доказано и поновљиво да задовоље захтеве валидације и ревизије. Решетка која уводи чак и скромну варијабилност мерења током времена може да закомпликује способност произвођача инструмената да подржи фармацеутског купца кроз валидацију процеса, пошто сваки одступање мерења мора да се објасни и контролише.

Ово чини конзистентност производње - истим квалитетом жлебова, перформансама премаза и механичком толеранцијом од једне производне серије решетки до следеће - истински комерцијалним разматрањем за произвођаче инструмената који служе фармацеутским купцима, а не само техничком финоћом.

Примена 4: Мониторинг животне средине и безбедности

Поред дискретних производних сектора, спектроскопски инструменти изграђени око дифракционих решетки су широко коришћени за праћење атмосфере, квалитета воде и загађења земљишта, као и тестирање безбедности хране и откривање наркотика и експлозива у безбедносним апликацијама. Ови инструменти често раде ван контролисаних окружења у потпуности - монтирани на надзорне станице, распоређени у мобилним теренским јединицама или интегрисани у преносиву опрему за детекцију - што даје највећу премију механичкој и термичкој отпорности од било које категорије апликација о којој се овде говори.

За произвођаче инструмената који граде теренску-опрему за детекцију околине или безбедности-коју се могу применити, избор решетки често мора да даје приоритет отпорности и стабилним перформансама у широком опсегу радних температура у односу на апсолутну максималну ефикасност која се може постићи у лабораторијском окружењу.

Скривени трошак недовољно{0}}навођења: зашто се кварови на терену враћају на решетку

Произвођачи инструмената решавају проблеме у вези са притужбама на поузданост на терену често почињу испитивањем детектора, електронике или софтверског калибрационог модела - и долазе до решетке тек када се ти путеви исцрпе. Три начина квара вреди уградити у контролну листу за преглед дизајна:

Шта произвођачи инструмената треба да однесу

У ове четири области примене појављује се конзистентан образац: захтеви за решеткама који су најважнији у индустријској и теренској примени ретко су обухваћени само спецификацијама резолуције и ефикасности. Дугорочна-стабилност таласне дужине, издржљивост премаза, конзистентност производне серије и термичка и механичка отпорност су крајњи фактори за успех на терену.