Utvidgning av Raman spektroskopi för gas analys in situ
- Diarienummer
- ITM17-0313
- Start- och slutdatum
- 190101-211231
- Beviljat belopp
- 4 024 148 kr
- Förvaltande organisation
- Lunds tekniska högskola
- Forskningsområde
- Övrigt
Summary
Ansökans mål är att utöka användningsområdet för Raman spektroskopi för beröringsfria mätningar in situ av kemiska ämnen i gasfas, under förhållanden där sådan diagnostik tidigare varit begränsad eller inte möjlig. Metoden möjliggör samtidig mätning av flera kemiska ämnen och signaler kan konverteras till kvantitativa ämneskoncentrationer. Dock begränsar Låga signaler detektionsgränsen och gör mätningar känsliga för störande signaler och bakgrunder. Ny instrumentering, av en pulsad laser med hög effekt och hög repetitionsfrekvens, kan förbättra förhållandet signal till bakgrund och detektionskänsligheten. Vidare så kommer speciellt designade komponenter för signal filtrering och ny metodologi att möjliggöra effektiv undertryckning av bakgrunder. Den planerade forskningen innefattar undersökningar av optimala konfigurationer med avseende på laserparametrar, arrangemang för laserstrålen i mätregionen, samt undertryckning och filtrering av bakgrunder. Kvantitativa ämneskoncentrationer erhållna med den framtagna metoden utgör ytterst värdefull information för forskning på gas-fas processer, exempelvis förgasning, förbränning, katalys och plasma processer. Data av det slaget är direkt användbara för validering av beräkningsmodeller använda inom akademi såväl som industri för simulering av processer. Sådan användning av framtagna mätresultat bidrar till ett bestående värde för den utvecklade metoden.
Populärvetenskaplig beskrivning
Ansökans mål är att utvidga användningsområdet för Raman spektroskopi för beröringsfria mätningar in situ av koncentration för kemiska ämnen i gasfas, under förhållanden där sådan diagnostik tidigare varit begränsad eller inte möjlig. Med Raman spektroskopi kan flera ämnen mätas samtidigt och signaler kan relativt enkelt konverteras till absoluta ämneskoncentrationer. Mätningar i gasfas är dock en utmaning p.g.a. den bakomliggande svaga Ramanspridnings-processen, i synnerhet för mätningar in situ, det vill säga i den position där processen eller fenomenet som studeras verkligen sker. Låga signaler begränsar detektionsgränsen och gör mätningar känsliga för störande signaler och bakgrunder. Ny instrumentering för att hantera dessa utmaningar utgörs bland annat av pulsade lasrar med hög effekt, ca. 100 W, och hög repetitionsfrekvens. Den höga effekten kombinerad med detektion av signal under ett kort tidsintervall kring de emitterade laserpulserna kan signifikant förbättra signal till bakgrunds förhållande och detektionskänslighet. Hög lasereffekt möjliggör även Raman mätningar med röda eller när-infraröda våglängder, tidigare inte praktiskt möjliga, för vilka interferenser från laserinducerad fluorescens kan undvikas eller undertryckas. Vidare så kommer speciellt designade komponenter och ny metodologi för filtrering att möjliggöra effektiv undertryckning av bakgrunder. Ansökan avser att ta fram avancerade konfigurationer för Raman spektroskopi genom att kombinera teknisk utveckling för instrumentering med resultat från ny forskning inom diagnostik. Mätning av ämneskoncentrationer i olika gasfas-processer med den utvecklade metoden ger relevant information för ett flertal olika forskningsområden inom akademi och industri, exempelvis förgasning, förbränning, plasma processer, katalys och syntes av kemikalier. Mätresultat i form av kvantitativa värden är direkt användbara och ytterst värdefulla för utveckling och validering av beräkningsmodeller för simuleringar av fenomen. Precisa och validerade modeller utgör i sin tur kraftfulla verktyg för utveckling inom industrin och bidrar därmed till dess konkurrenskraft. Resultat framtagna med den utvecklade metoden kan också bidra till en hållbar utveckling då utökad förståelse och validering av modeller för processer som förgasning, förbränning och reaktioner i atmosfären möjliggör optimering av dessa med minimering av skadliga utsläpp.