NIR-спектрометры HK4
Обозначение «NIR-» - это сокращенная аббревиатура от английского Near Infrared Spectrum (ближний инфракрасный спектр). Технология использования ближней инфракрасной части спектра для определения состава различных веществ начала активно использоваться только ближе к концу XX века. Предпосылками развития этого направления измерений (БИК-спектроскопии) послужила потребность в количественном определении содержания воды, белков и жиров в различных веществах при производстве продуктов питания и в сельском хозяйстве. Выбор именно этого способа измерений связан с тем, что в ближней инфракрасной части спектра проявляются, в основном, колебания как раз С–Н, N–H и O–H групп, что позволяет определить количество веществ, в структуру которых они входят.
Инновационный NIR-спектрометр HK4 был разработан компанией Harrer&Kassen с использованием новейшей онлайн-технологии NIR с диодной матрицей и предназначен для измерения четырех органических составляющих продукта в пищевой отрасли (например, жиров, воды, белка, коллагена, лактозы и т.п.).
NIR-онлайн-спектрометр HK4 был удостоен высшей награды Международной выставки-форума поставщиков пищевой промышленности CFIA во Франции, в области измерительных приборов. NIR-cпектрометр HK4 может устанавливаться на трубопроводах, резервуарах / сосудах, куттерах, мясорубках и т.д. При одном измерении можно одновременно получить данные о содержании различных ценных органических компонентов. | ||
Области применения NIR-спектрометров HK4: - Мясо, мясные продукты и полуфабрикаты К преимуществам NIR-спектрометров HK4 можно отнести: • непрерывный мониторинг продукции в реальном времени, раннее выявление сбоев в производстве | ||
Конструктивно прибор HK4 представляет собой модульное устройство, состоящее из блока оценки и блока сенсоров с галогенными излучателями, соединенными между собой оптоволоконным кабелем. Благодаря такой модульной конструкции, датчик может быть установлен в труднодоступных местах.
В зависимости от особенностей использования устройств HK4 в конкретном производстве компанией Harrer&Kassen предлагаются несколько типов сенсоров (измерение отраженного или проходящего сигнала) и способов их монтажа: | ||
| • 3А-проточная измерительная ячейка DN50, с сенсором отраженного сигнала; | ||
| • встраиваемый датчик с фланцем (для резервуаров), с сенсором отраженного сигнала; | ||
| • 3А-проточная измерительная ячейка DN50, с сенсором проходящего сигнала (только для прозрачных продуктов). | ||
Компанией Harrer&Kassen разработаны и выпускаются различные модификации NIR-спектрометров HK4. Приборы комплектуются разными типами сенсоров и модулями для определения одного или нескольких органических компонентов. Выбор модификации определяется технологическими условиями конкретного производства:
HK4-1: с 3А-проточной измерительной ячейкой DN50 и сенсором проходящего сигнала. Для измерений с длинами волн от 600 нм до 1100 нм.
HK4-2: с 3А-проточной измерительной ячейкой DN50 либо встраиваемым датчиком с фланцем (для резервуаров), с сенсорами отраженного или проходящего сигнала. Варианты для измерений 1, 2, 3 или 4-х компонентов, с длинами волн от 1200 нм до 1700 нм.
HK4-3 (по запросу): с 3А-проточной измерительной ячейкой DN50 либо встраиваемым датчиком с фланцем (для резервуаров), с сенсорами отраженного или проходящего сигнала. Для измерений с длинами волн от 1700 нм до 2500 нм.
Упрощенные основы спектрографического анализа:
Цель спектрального анализа состоит в том, чтобы вычислить из полученных спектров количество (концентрацию) неизвестных составляющих, представляющих интерес в образце. Как и при любом количественном анализе, предполагается, что измеренные значения (спектры) некоторым образом связаны с концентрацией интересующих составляющих в образце. Было разработано калибровочное уравнение, которое при применении к этим данным может показать концентрацию интересующих компонентов. Это калибровочное уравнение также называется калибровочной моделью.
Сначала измеряется набор спектров с известными концентрациями интересующих составляющих. Модель калибровки применяется к этому спектру и обеспечивает (в достаточной мере) набор констант, который позволяет определить интересующие составляющие в неизвестном спектре, в свою очередь. Другими словами: процедура калибровки предоставляет собой получение набора констант для калибровочного уравнения, которое при применении к неизвестным спектрам позволяет рассчитать концентрацию интересующих компонентов.
Концентрация рассчитывается на основании закона Бугера — Ламберта — Бера, определяющего ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде. Этот закон показывает простую линейную зависимость между поглощением и концентрацией составляющей при заданной длине волны. Другими словами: при помещении образца в пучок света спектрометра существует прямая и линейная зависимость между концентрацией составляющих и поглощенным светом.
Спектрометр расщепляет спектры в 256 опорных точках. Через расщепление спектров мы можем выбрать с помощью нашего программного обеспечения для калибровки SPECTER оптимальную длину волны для каждого компонента. То есть поглощение на определенной длине волны линейно связано с концентрацией всех составляющих образца. Поэтому теоретически можно рассчитать концентрацию всех составляющих в образце. Нужно только решить систему уравнений из n-выражений и n-неизвестных, что с сегодняшней вычислительной мощностью не проблема. | ||
При измерениях по принципу отражения продукт освещается белым галогенным светом. Отраженная часть NIR обнаруживается с помощью NIR-датчика и передается на диодную матрицу через оптическое волокно.
При измерениях по принципу передачи белый галогенный свет пропускают через продукт. Это применяется только в том случае, если изделие изготовлено из прозрачного материала. Галогенный свет принимается NIR-датчиком (на противоположной стороне лампы) и передается в диодную матрицу также через оптическое волокно.
Промышленный NIR-онлайн-спектрометр HK4 имеет высокое быстродействие. За секунду оцениваются 10 спектров, благодаря применению современной диодной матрицы и отсутствию движущихся частей в оптике.
Программное обеспечение SPECTER является открытым, что означает:
- существующая калибровка может быть расширена
- новые калибровки могут быть созданы независимо
Технические характеристики NIR-спектрометра HK4:
| Корпус: | бокс из нержавеющей стали |
| Размер Вx Ш x Г: | 400 х 499 х 212 мм |
| Вес: | около 21 кг |
| Степень защиты: | IP66 / NEMA 4 |
| Напряжение питания: | 85 - 265 V/AC (опция 24 V) |
| PC-интерфейс: | RS232 или RS485 |
| 6 аналоговых выходов: | 0/4 – 20мA / изолирован от пробоя 1500V |
| PROFI-BUS-DP: | опционально |
| Дискретный вход: | внешний Старт / Стоп |
| Управление: | мембранная клавиатура с 6 интегрированными кнопками |
| Дисплей: | 2x24-символьный LCD-дисплей, светодиодная подсветка |
| Температура окружающей среды: | -20°C - +40°C (>+40°C – опционально, с охлаждением корпуса) |
| Сенсор: | |
| Корпус: | нержавеющая сталь |
| Размер В x Ш: | 82 х Ø 65 мм |
| Степень защиты: | IP66 / NEMA 4 |
| Вес: | ок. 1 кг |
| Присоединение: | через оптоволоконный кабель |
| Температура продукта: | до +100°C |
.
