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在線拉曼光譜分析技術在過程監控中的應用
01
過程分析技術
Process Analysis Technology (PAT)
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過程分析技術?(PAT)起源于2001年7月的ACPS討論。2004年，美國FDA發表了關于PAT的工業指南——《PAT——創新藥物的研發，生產和質量保證的框架》，明確了PAT的地位與作用。
FDA認為PAT是通過對有關原料、生產中物料及工藝的關鍵參數和性能指標進行實時（即在工藝過程中）檢測的一個集設計、分析和生產控制為一體的系統，和傳統質量保證手段相比，在確保最終產品的質量方面，具有非常明確的優勢。
02
PAT的優勢
實現數據連續采集
化學反應組分鑒別（反應物、中間體、產品、副產物等）
化學反應程度（起始、速率/動態、濃度變化、終點等）
化學反應動力學和機理研究
關鍵工藝過程參數控制（臨界條件、安全條件）
工藝過程效率和無錯率（質量、重復性、產率等）
在實際條件下分析
對O2、H2O敏感、不穩定的反應混合物
高毒性、危險性、爆炸性的反應混合物
低/高溫、壓力
無干擾、浸入、物料損失
實現生產工藝優化
及時采取行動
減少周期時間
提高效率、降低成本
降低不純物產率，提高產品質量
在線拉曼光譜技術廣泛應用于過程分析，在制藥反應終點監控、雜質控制、工藝研究、提純過程控制、制劑生產過程質量控制等方面有諸多應用。
03
在線拉曼技術在制藥工程中的應用
Raman在線監測阿司匹林合成過程
臨床上限制阿司匹林應用的是雜質成分-水楊酸，它是由于生產過程中乙酰化不完全的殘留反應物，對人體有毒性，易產生水楊酸反應，輕者腸胃不適過敏，重者腎衰竭甚至死亡。因此在阿司匹林合成中對反應進程的監控是十分必要的。
●測試過程●
1）使用PR785-7031-100X110-1200-25搭建監控阿司匹林合成過程的在線拉曼檢測系統；
激光器功率：400mW；
波長：785nm；
積分時間：2000ms。
2）采集反應0-30min時的拉曼光譜，結合譜圖預處理和向量夾角算法，獲得夾角隨時間的變化趨勢圖；
不同時間下反應物和生成物的拉曼譜圖及純物質對照
3）以阿司匹林為例，隨著反應的進行，夾角值逐漸減少，到15min時夾角值降到最低，且在15min以后，夾角值不在發生變化，說明反應進程已結束。
阿司匹林合成體系四種組分的反應趨勢圖
通過在線拉曼技術可以實現對阿司匹林合成過程反應的過程跟蹤，確認反應時間在15min左右，降低反應物（水楊酸）殘留的幾率，保證藥物成品的質量。
04
在線拉曼技術在化工中的應用
Raman在線監測對二甲苯(PX)分離純度
PX是一種重要的基本化工原料，主要給對苯二甲酸（PTA）提供原料；PTA是生產聚酯的原料，用途廣泛。
從混合二甲苯中吸附分離PX是目前生產PX的主要方法，為保證PX純度和收率，PX生產過程需要實時、準確知道物流的組分組成，以便為工藝操作提供指導。
傳統的氣相色譜法檢測速度慢，不能同步檢測吸附塔循環線物流組分變化，在線拉曼光譜技術具有準確快速、操作簡單、現場免維護、清潔環保等優點，尤其適用于芳烴同分異構體的快速分析。
1. 采集純物質拉曼光譜，建模譜段可選擇680~880cm-1。
2. 采集混合組分光譜，由GC確定混合組分含量，采用統計回歸建立定量模型。
3. 模型驗證：采集了１組循環液試樣（24個），拉曼分析值和GC分析值比對。
4. 實際應用：在15節塔板以上，可以獲得純度較高的PX。
Raman在線調和甲醇汽油
甲醇汽油是指國標汽油和甲醇及添加劑按一定的體積（質量）比例經過嚴格的流程調配而成的一種新型環保燃料，是汽車用燃料替代品，它是新能源的重要組成部分。
最常見的是甲醇含量為 15% 的甲醇汽油，簡稱M15 甲醇汽油。使用 M15 甲醇汽油無需改造汽車發動機，在國內部分地區已有推廣使用，市場前景十分樂觀。
因此，對于甲醇汽油生產企業，在調制甲醇汽油的過程中，急需一種快速、準確、適合在線運行的檢測儀表，以指導穩定生產，達到優化效益的目的。
由于操作室離現場較遠，故采用了一組長度為200m、直徑為100μm 的石英光纖連接工業現場的785探頭與操作室的光譜儀主機。
在線檢測系統分析誤差在± 1% 范圍內
甲醇含量的重復性偏差不超過 0.5%
05
在線拉曼技術在其他行業的應用
氣體Raman用于在線檢測煤制氣中H2、CO、CO2含量。
Raman在線監測生物反應器的培養基成分，如葡萄糖、乳酸、氨基酸等。
食品加工、環境監測、材料化學……
06
如海應對之道
如海Portman系列制冷型拉曼光譜儀搭配RPB浸入式探頭組成的在線拉曼監測系統，具有高靈敏度和低噪聲水平，尤其適用于在線反應系統的拉曼信號檢測；浸入式探頭具有耐高溫、耐壓、耐腐蝕等特性，完成勝任極端反應條件下工作。
Portman系列便攜式制冷型拉曼光譜儀
產品特點：
采用制冷型檢測器，噪聲水平低，尤其適合微弱光信號的長積分時間檢測；面陣檢測器靈敏度高，提高信噪比；
高分辨率：最小可達2.5 cm-1；
軟件功能豐富：配置豐富光譜處理分析算法，可選擇云端光譜數據管理；
采樣配件齊全：可滿足微區成像和在線反應監控等多種復雜場景；
便攜快速，搭建簡單：可以快速根據場景搭建適合應用的產品組合。
檢測器可根據客戶要求定制非制冷型S11071、S11639及制冷型S10141線陣或面陣等其他可配置型號。
浸入式拉曼探頭
1
可耐受腐蝕性液體，耐酸堿性；
2
前端哈氏合金探棒和聚焦鏡可更換；
3
尾纖可耐受50N以上拉力，不易損壞；
4
主體最高可耐受80℃高溫，前端可耐受200℃高溫；
5
可根據客戶要求焊接不同規格法蘭，支持DN15，DN25和DN32；
6
可根據客戶要求配置防爆接頭。
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上海如海光電科技有限公司是一家專業從事光學儀器、光電類模組、光學部件等設計、研發與生產的研發型企業。公司擁有專業的光纖光譜儀與半導體激光器制造技術，光學探頭研發和光譜檢測技術，是專業光學系統定制，光學儀器零部件設計、儀器及理化整體方案的供應商，已和國內多家主流科研、研究機構開展深度合作。
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