利泓科技 技術支援 呂昌諺

這篇文章我們會介紹甚麼？

我們會在這篇應用文章簡短介紹如何利用拉曼做(1)聚合反應交聯的程度、(2)化學反應器內部特定化合物的線上監控、(3)固體物料產線的製程監控。

線上拉曼光譜配置與設計

大多數的線上拉曼分析設備，會採用光纖將雷射光源直接導入反應器中，或者將雷射光聚焦在與製程管線相通之流動池(Flow Cell)，並持續收集所需要監控的關鍵參數。

傳統去監控製程的副產物或是反應階段的中間體，不外乎需要取樣進行萃取、呈色、滴定或是層析分析，甚至部分的產業單純只透過物理性質來作為判斷依據。藉由拉曼光譜的同步樣品分析並提供準確穩定的化學性質，我們可以去『訓練』拉曼光譜，最常使用的方式就是『化學計量學；Chemometrics』。透過擷取光譜中純粹的數據，進行統計並找出與傳統分析結果之間的相關性。

下面我們是幾個線上拉曼光譜的常見應用，詳細應用文獻，歡迎來信索取：marketing@rightek.com.tw

應用一：聚合製程的交聯程度

我們可以用拉曼來監控EVA(Ethylene Vinyl acetate)經光照交聯程度的製程，過去使用ASTM標準的萃取法，方法時間長、使用有毒溶劑，最終的分析結果也缺乏穩定性與精確性。

拉曼光譜可以準確地去分析3000至2800波數這個波段內的變化，了解EVA中CH3末端官能基轉化成CH2的微小變化，來證明EVA的單體之間有持續地進行交聯聚和，達到in-line的量測結果。

應用二：化學反應中多成分含量監控

我們可以利用拉曼光譜來監控多種成分的反應，比如說生化實驗中，細胞會消耗部分化合物並產生代謝物質，通常一個生物反應會形成複雜化合物的混和系統，透過拉曼光譜的分析與統計，我們可以在一張光譜中取得多達九種化合物的數值，例如下方的光譜疊圖：

應用三：互補物性測試的製程監控應用

拉曼光譜也可以應用於回收塑膠產業的製程改善與優化，回收塑料的來源與品質的不一致對於工廠來說一大挑戰。過去會透過黏度的量測或是其他物性量測來判斷成品的優劣，或者透過射出成形機台的壓力與溫度來控制最終產品，一旦發現問題都需要付出額外的處理成本。拉曼光譜可以提供即時化學性質的資訊，找出影響製程的關鍵雜質。如下圖中在波數700與1730的波峰比例可以用於判斷製程中塑料的密度。

藉由化學計量學的統計，我們可以很輕易地去區分新料與舊料。

拉曼光譜線上分析可以與大多數化學反應的結構變化產生關聯，形成一個持續了解製程的PAT技術，來達到QbD的精神。