L-ispettroskopija hija għodda qawwija b'firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet li jistgħu jipproteġu l-ambjent billi jimmonitorjaw u jirregolaw it-tniġġis tal-arja.
Il-multinazzjonali Daniża Danfoss IXA żviluppat analizzatur tal-emissjonijiet fl-oċean ibbażat fuq spettroskopija ta 'assorbiment ultravjola (UV) biex timmonitorja l-ossidi tan-nitroġenu (NOx), id-dijossidu tal-kubrit (SO2) u l-ammonja (NH3) emessi minn vapuri tal-merkanzija. It-tagħmir ta 'monitoraġġ ottiku jinsab ġewwa s-sistema tal-egżost tal-vapur u huwa espost għal ambjenti ħarxa b'temperaturi estremi, vibrazzjonijiet u korrużività, li jqiegħdu talbiet ambjentali severi fuq is-sistema tal-ispettroskopija.
Għaliex jissorveljaw l-emissjonijiet minn vapuri tal-merkanzija?
L-emissjonijiet marittimi minn bastimenti internazzjonali tat-tbaħħir jikkawżaw imwiet prematuri minn ħsara fil-pulmun u mard kardjovaskulari fin-nies madwar id-dinja. In-numru ta' mwiet mill-kanċer tal-qalb, tal-pulmun u tal-pulmun ikkawżati mill-emissjonijiet tat-tbaħħir huwa stmat li huwa għoli daqs 60,000,000 fis-sena globalment. Mhux biss l-emissjonijiet tal-bastimenti tal-baħar huma problema serja li taffettwa s-saħħa tal-bniedem, iżda wkoll tagħmel ħsara lill-ekosistemi tal-baħar u terrestri.
L-Organizzazzjoni Marittima Internazzjonali (IMO) u l-Aġenzija għall-Protezzjoni Ambjentali tal-Istati Uniti (EPA) stabbilixxew Żoni ta 'Kontroll tal-Emissjonijiet (ECAs) f'ħafna mill-oċeani tan-nazzjon b'regolamenti stretti dwar l-emissjonijiet - li mingħajrhom il-vapuri ma jistgħux jidħlu f'ħafna portijiet ewlenin.
Mingħajr analizzaturi bħal dawk żviluppati minn Danfoss IXA, pereżempju, l-awtoritajiet m'għandhom l-ebda mod ieħor konvenjenti u affidabbli biex jimmonitorjaw l-emissjonijiet tal-vapuri u jinfurzaw dawn ir-regolamenti. Filwaqt li hemm ħafna inizjattivi lokali u reġjonali mmirati biex jillimitaw l-emissjonijiet tal-bastimenti, l-infurzar ta’ dawn il-politiki huwa estremament diffiċli. L-Analizzatur tal-Emissjonijiet tal-Baħar ibbażat fuq l-Ispettru huwa għodda b'saħħitha li kapaċi timmonitorja b'mod preċiż l-emissjonijiet tal-vapuri f'ħin reali.
Sistema ta' Spettroskopija UV
Il-prinċipju bażiku ta 'spettroskopija huwa li s-sustanzi għandhom spettru ta' assorbiment uniku u huma kapaċi jassorbu wavelengths ta 'dawl differenti skond il-kompożizzjoni atomika u molekulari tagħhom. Is-Sistema ta' Spettroskopija UV minn Danfoss IXA tikkonsisti minn sors ta 'dawl UV ta' intensità għolja, spettrometru UV , u komponenti ottiċi msaħħa bl-UV bħal fibri ottiċi, lentijiet, u mirja planari. Sabiex tifhem kif wavelengths differenti huma assorbiti u b'dan il-mod tiddetermina l-kompożizzjoni tal-gass tal-egżost, l-ispettrometru jissepara spazjalment l-emissjoni tal-broadband tas-sors tad-dawl fuq firxa ta 'ditekter 1D, li jkejjel l-ispettru UV kollu simultanjament.
Filwaqt li s-sistema ta' Danfoss IXA ma tużax monokromaturi għall-iżolament tal-wavelength, ħafna sistemi ta' spettroskopija jużaw monokromaturi għall-iżolament tal-wavelength. F'dawn il-każijiet, dawl minn sors UV jidħol fil-qasma tad-dħul tal-monokromatur, fejn element dispersiv (bħal gradilja tad-diffrazzjoni jew priżma) ikisser id-dawl fil-wavelengths tal-komponenti li jkun fih (ara Figura 1).
Immaġni Figura 1: Il-wavelength tat-test ta 'spettrometru, li jista' jiġi rfinat billi tissepara l-emissjoni tal-broadband fuq firxa tas-sensuri 1D, jew billi jinbidel l-angolu tal-gradilja tad-diffrazzjoni jew tal-priżma ġewwa l-monokromatur. (Kreditu tal-immaġni: Edmund Optics)
Il-qasma ħerġin tal-monokromatur jimblokka l-wavelengths kollha, u medda dejqa ta 'dawl biss li tgħaddi mill-kampjun tal-egżost tgħaddi mill-qasma. Il-bidla tal-angolu tal-gradilja tad-diffrazzjoni jew tal-priżma tbiddel il-wavelengths li jgħaddu mill-qasma ħerġin, li tippermetti l-irfinar tal-medda tat-test. Id-dawl li jgħaddi mill-kampjun tal-egżost imbagħad jiġi dirett lejn ditekter biex jiddetermina l-assorbiment li jseħħ; il-kompożizzjoni molekulari tal-gass tal-egżost imbagħad tiġi kkalkulata mir-riżultati tal-assorbiment.
Għal monokromaturi li jużaw gradilji tad-diffrazzjoni, il-frekwenza tal-talja tal-gradilja normalment titkejjel f'talja kull millimetru. Frekwenza ta 'talja ogħla ttejjeb ir-riżoluzzjoni ottika iżda tirriżulta f'firxa idjaq ta' wavelengths disponibbli; bil-maqlub, frekwenza aktar baxxa tirriżulta f'firxa usa 'ta' wavelengths disponibbli, iżda għad-detriment tar-riżoluzzjoni ottika.
Ħtiġiet Ambjentali
L-iżvilupp ta 'sistemi bħal dawn huwa ta' sfida kbira minħabba rekwiżiti ta 'temperatura u pressjoni estremament għolja. Temperaturi għoljin jistgħu jikkawżaw l-ottiki li jfallu minħabba tidwib u stress termali, li jillimitaw severament it-tipi ta 'materjali ottiċi li jistgħu jintużaw. Temperaturi għoljin jistgħu wkoll jikkawżaw adeżivi fil-komponenti ottiċi biex joħorġu l-gass u jikkontaminaw is-sistema. Is-sistema hija esposta għal temperaturi sa 500 grad, għalhekk ir-rekwiżiti ta 'pressjoni għolja tagħha jagħmlu s-siġillar tas-sistema ottika kritika. Il-ħtieġa li l-ottika tittrasmetti d-dawl UV bi ftit jew xejn assorbiment tillimita wkoll il-materjali ottiċi disponibbli.
Degradazzjoni UV tal-ottika
Sfida oħra li qed jiffaċċja l-proġett hija li l-ottiki UV għandhom tendenza li jkollhom ħajjiet limitati, l-aktar minħabba kontaminazzjoni minn fotoni UV ta 'qawwa għolja li jinteraġixxu mal-ambjent u d-dawl UV li jagħmel ħsara lill-kisi u s-sottostrati tal-ottika. Dawn iż-żewġ effetti jiddegradaw il-prestazzjoni tal-komponenti ottiċi maż-żmien.
Materjali ta 'ħsara jistgħu jiġu depożitati fuq il-wiċċ tal-ottika meta dawl UV ta' qawwa għolja jinteraġixxi ma 'partiċelli, fwar tal-ilma, organiċi, u kontaminanti oħra fis-sistema. L-exhaust u kontaminanti oħra fl-arja komunement jikkawżaw depożiti tal-karbonju fuq uċuħ ottiċi. Il-Figura 2 turi eżempju ta 'tkabbir dendritiku ta' kontaminazzjoni kkaġunat mill-UV.
Immaġni Figura 2: Eżempju ta 'kontaminazzjoni indotta mill-espożizzjoni ta' tieqa tas-silika mdewba mhux miksija għad-dawl UV. Din l-immaġni ttieħdet wara 6 ġimgħat ta 'espożizzjoni għal laser UV b'madwar 3W, li hija differenti mill-użu tal-analizzatur tal-gass fid-Danfoss IXA, iżda tagħti indikazzjoni tat-tip ta' kontaminazzjoni UV li tista 'sseħħ.
L-interazzjoni mal-gassijiet madwar l-ottika tista 'twassal ukoll għal depożizzjoni ta' kontaminanti, għalhekk kwalunkwe gassijiet ta 'l-exhaust li jidħlu fis-sistema huma sors ta' kontaminazzjoni. L-enerġiji tal-fotoni f'tul ta 'mewġ UV inqas minn 400 nm huma qrib l-istess bħall-enerġiji tal-bonds tal-molekuli tal-madwar, li jippermetti li d-dawl UV jikser xi wħud minn dawn ir-rabtiet. Dan jipproduċi joni u molekuli oħra li jistgħu jikkontaminaw l-uċuħ ottiċi.
Minħabba l-proċess ta 'għeja ottika, il-kisi u l-materjali tas-sottostrat ta' apparati ottiċi UV infushom huma wkoll suxxettibbli għal degradazzjoni maż-żmien meta jkunu esposti għal dawl UV ta 'qawwa għolja. Użu qawwi maż-żmien jista 'jikkawża li jiddegradaw u jwassal għal kulur jew bidliet oħra fil-materjal. L-indiċi refrattiv tagħhom jista 'jiġi modifikat biex jipproduċi effett ta' lenti li jista 'jżid l-intensità lokalizzata. Jistgħu jiġu ffurmati wkoll excitons awto-maqbuda, li jwassal għall-akkumulazzjoni ta 'ċentri ta' assorbiment.
Bħala riżultat ta 'dawn l-effetti, l-ottika UV jista' jkollha bżonn tiġi sostitwita maż-żmien, iżda ssiġillar, ħasil u tindif kif suppost jistgħu jtaffu dawn l-effetti.
L-ambjenti ħarxa li l-Analizzatur tal-Emissjonijiet tal-Gass Danfoss IXA għandu jadatta biex poġġew ħafna sfidi għad-disinn ottiku u opto-mekkaniku tas-sistema; madankollu, l-apparat qed juri li huwa suċċess u bħalissa qed jgħin biex jimmonitorja l-emissjonijiet minn eluf ta 'vapuri madwar id-dinja.
Din hija rebħa kbira għall-ambjent - pass lejn l-imminimizzazzjoni tal-emissjonijiet NOx, SO2 u NH3 mit-tbaħħir internazzjonali. Kwalunkwe tnaqqis f'dan it-tniġġis jgħin biex jitnaqqas l-għadd ta' mwiet minn mard tal-qalb u tal-pulmun ikkawżat mill-emissjonijiet tat-tbaħħir kull sena.
Meta tfassal sistema ottika biex topera f'ambjenti ħarxa, iddiskuti r-rekwiżiti ambjentali speċifiċi mal-manifattur tal-komponent ottiku. Il-manifattur tal-komponenti ottiċi għandu jkun kapaċi jiggwidak permezz tal-kunsiderazzjonijiet ewlenin, jispjega b'mod ċar kwalunkwe kompromess li jista 'jkun hemm bżonn li jsir, u jiżgura li s-sistema tiegħek topera kif meħtieġ.
