Компания ELEMISSION Inc. (Канада) разрабатывает и изготавливает установки поточного количественного элементного анализа материалов на основе LIBS технологии.
Что такое LIBS?
Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) - Лазерно-искровая спектроскопия является одной из форм атомной эмиссионной спектрометрии (AES), технологии с использованием генерируемой лазером плазмы, которая сочетает в себе все необходимые процессы для оптической эмиссионной спектрометрии: одновременное парообразование образца, его атомизация и возбуждение света.
LIBS анализ по своей сути является привлекательным и полезным методом из-за его способности обнаруживать, идентифицировать и количественно оценить химический состав любого материала в любой форме, например: газ; жидкость; твердое тело, проводящее или непроводящее.
Типичный спектр твердого тела
Теория и принцип работы
LIBS анализ осуществляется путем формирования плазмы на поверхности образца, а затем собирается излученный плазмой свет и подвергается спектральному анализу. Так как плазма образуется с помощью оптических средств, методика LIBS предлагает уникальные возможности по сравнению с традиционными методами, которые используют похожие физические устройства.
Среди свойств LIBS анализа является его способность работы с образцами как на коротких дистанциях – при касании, так и удаленно - на расстоянии десятков сантиметров. При этом совершенно не требуется подготовка образца для проведения LIBS анализа – образец может быть грязный, иметь окрашенную поверхность, быть мокрым и т.д.
Очень значимой особенностью является скорость проведения LIBS анализа – на это требуются порядка 10мсек., т.е. практически мгновенно.
Самым важным свойством LIBS анализа является количественное определение почти всех химических элементов таблицы Менделеева.
Схема проведения LIBS измерения
Процесс измерения
Установка для поточного LIBS анализа сочетает несколько прорывных технологий для обеспечения высокой пропускной способности, точности, производительности и скорости анализа. Данная установка позволяет в режиме реального времени проводить элементный анализ методом лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии оптического излучения (LIBS) для сортировки металла, горных пород и анализа почвы и многих других.
Общий вид установки
Основные элементы установки
Решение для возрастающих вызовов
Установка для поточного LIBS анализа позволяет в реальном времени и с высокой пропускной способностью проводить элементный анализ материалов, чтобы ответить на возрастающие потребности разных отраслей промышленные. Применение поточного LIBS анализа позволит улучшить переработку различных видов вторичных материалов, осуществлять непрерывный контроль химического состава сырья или руды, а также почвы. Таким образом, установка устраняют необходимость контроля отдельных партий материалов, и позволяет вести непрерывный мониторинг производственного процесса.
Преимущества метода LIBS:
LIBS анализ является, безусловно, самым быстрым и наиболее чувствительным методом элементного анализа материалов. Причин много:
Универсальность: Анализирует любой металл или неметалл во многих видах и формах;
Адаптивность: поверхность с краской, грязью, оксидами, водой и т.д.
Скорость: Одиночный анализ менее чем за 0,01 секунды (10 миллисекунд, или 100 Гц);
Диапазон: От следов (суб-частей на миллион) до уровня концентрации процентов;
Точность: по сертифицированным стандартам - точность лучше, чем 1%;
Простота: Нет пробоподготовки;
Экономия: быстрый возврат инвестиций и низкие эксплуатационные расходы.
Уникальные свойства:
- Многие уникальные свойства позволяют установке LIBS анализа удовлетворить требования самых требовательных клиентов:
- Прочная конструкция обеспечивает оптимальную работу установки в самых суровых условиях окружающей среды;
- Непревзойденная стабильность и надежность;
- Скорость и точность, даже для анализа следов элементов;
- Продвинутое, эргономичное и интуитивно понятное ПО;
- Простота в эксплуатации;
- Интегрированная PLC работает в течение 24 ч/сутки//365д/год без участия оператора;
- Углубленная техническая служба поддержки;
- Возможности обновления для повышения производительности и продуктивности.
Области применения:
- В процессе анализа возможно использование материала любой формы и размера:
- Металлические сплавы;
- Металлоиды;
- Сепарация породы и шлама;
- Диэлектрические материалы;
- Сортировка руды в шахтах;
- Сортировка металлических и пластиковых отходов;
- Определение плодородности почвы;
- Определение загрязнения почвы.
Типовая схема работы LIBS сортировщика пластиковых отходов.
Процесс анализа:
Сканирование: ширина сканирования и количество измерений за сканирование полностью управляются через PLC в зависимости от скорости подачи материала под установкой и размера объектов на транспортерной ленте.
Скорость сканирования: 100 Гц;
Обеспечивает позиционирование и анализ: 100 Гц;
Ширина сканирования: до 500 мм;
Расстояние до объекта: до 600 мм;
Глубина резкости: 120 мм;
Скорость сбора и обработки сигналов: 100 Гц;
Возможности автоматизации: Полностью OPC-совместимый сервер через встроенный ПЛК в течение 24 ч / сут 365 D / Y без участия оператора.
А – Диапазон измерений
С – Клиренс,
B - Глубина фокуса
W1 – минимальная ширина сканирования
W0 – рабочая ширина сканирования
W2 – максимальная ширина сканирования
Электроника:
- Управление спектрометром: Микропроцессорная система с PLC, которая соответствует OPC-серверу. (OPC традиционно расшифровывается как OLE for Process Control. OLE – Object Linking and Embedding (связывание и встраивание объектов))
- Программируемое сканирование: ± 20⁰;
- Беспроводное управление: Опциональный беспроводной контроль через смартфоны или планшеты, совместимом с ОС Android.
- Корпус: Герметичный NEMA 4 от пыли и воды.
Требования:
Температура окружающей среды: от -10 до +45 ° C (более низкая темп. по заказу)
Относительная влажность: менее 80% (без конденсации)
Напряжение: 220В, ток 15А, Частота: 50Гц
Сжатый воздух:> 75 PSI (MAX 120 PSI) @ 35CFM промышленный сжатый воздух, очищенный от 5 мкм частицы, масла и воды.
Доступен дополнительный очиститель воздуха.
Кондиционер: Дополнительный кондиционер для охлаждения воздуха для объектов с ограниченным доступом сжатого воздуха.
Примечания::
Сжатый воздух используется для охлаждения корпуса с помощью вихревого вентилятора, который может быть заменен блоком кондиционирования воздуха, если рабочее помещение имеет ограничение на подачу сжатия воздуха. Небольшой поток воздуха направляется на окно лазерного излучателя, чтобы предотвратить накопление пыли и продлить время между очистки. Как правило, расход воздуха на это занимает меньше, чем за 5л/мин. Это потребление воздуха может исключить за счет более частых процедур очистки окна лазерного излучателя.
Размеры и вес:
Габаритные размеры: 91 х 76 х 30 cm³
Вес: 109 кг
Очистка воздухом окна лазерного излучателя.
Схема габаритных размеров
Аксессуары и дополнения:
- Сигнальный маячок;
- Дистанционное управление и коробка безопасности (опция)
- Система очистки воздуха (опция)
- Кондиционер (опция)
- OPC-сервер данных
- ПО для обработки результатов анализа.
Программное обеспечение – пример конфигурации сетевого подключения
Применение в реальных условиях
