Infračervená spektroskopie pro měření toxicity kouře
Požární věda (fire science) je vědecký obor, který stanovuje bezpečnostní standardy a kritéria složení různých materiálů z hlediska jejich chování v případě požáru. Zabývá se analýzou jejich mechanických a chemických vlastností za přesně definovaných podmínek pomocí speciálních kouřových komor nebo kónických kalorimetrů, v nichž lze přesně kontrolovat parametry hoření. Jedním ze zásadních aspektů požární vědy je studium tzv. toxicity kouře, který při požárech vzniká. Jako klíčový ukazatel se tradičně používaly emise oxidu uhelnatého (CO), nyní se však komplexně sledují i další plynné složky kouře.
Infračervená spektroskopie (FT-IR) je ideální a moderní on-line technika pro analýzu plynů při studiu spalování různých materiálů. Nové evropské předpisy pro železnice a dopravu nyní přímo vyžadují testování materiálů metodou FT-IR na jejich potenciál k tvorbě různých toxických či žíravých plynů a zvláště nebezpečných kyselin (HCl, HBr, HCN a HF) při jejich hoření.
Společnost Nicolet CZ nabízí kompletní balíček řešení pro aplikaci FT-IR, které splňuje požadavky certifikace EN 45545-2: FT-IR spektrometr Antaris IGS instalovaný v pojízdném stojanu (rack) společně s nástavcem obsahujícím vyhřívané ventily (HVD – heated valve drawer) a přípojky pro přívod/odvod plynů včetně kompletního softwarového balíčku pro měření a analýzu dat.
Mezi hlavní výhody a funkce tohoto řešení patří:
- Vysoká citlivost při vzorkování mnoha sloučenin v jediném měření
- Certifikovaná metoda analýzy validovaná podle primárních kalibračních standardů
- Přímé on-line vzorkování pro analýzu v reálném čase
- Možnost znovu analyzovat uložená data a přidat další komponenty pro vaše vlastní testy
Systém Antaris IGS sám řídí konstantní tok plynu z kouřové komory přes FT-IR plynovou celu. Sonda se vkládá do „komína“, kde jsou vzorky kouře taženy přes vyhřívaný filtr sazí a přenosové potrubí pomocí membránového čerpadla. Plyn je udržován na konstantní teplotě a tlaku pomocí vyhřáté plynové cely, z důvodu minimalizace chyb měření. Vlastní analýza plynu probíhá v řádu sekund (měření jednotlivých spekter).
Další aktuální a klíčovou aplikací pro analýzy požárních věd je studium lithium-iontových baterií: monitorování uvolňovaných chemikálií po ukončení výroby („off-gassing“), během požáru, elektrického zkratu nebo jiných nebezpečných situací. Tyto baterie obecně používají jako elektrolyt lithium-fluoridovou sůl (např. LiPF6). Podobné elektrolyty umožňují velmi vysokou hustotu elektrického náboje, ale mohou uvolňovat toxickou kyselinu fluorovodíkovou (HF) a další fluorované sloučeniny, pokud se dostanou do nestandardních podmínek, jako je například mechanické poškození při autonehodě. Předchozí obrázek ukazuje FT-IR analýzu plynu kyseliny fluorovodíkové uvolněné z hořících baterií za různých stavů nabití v porovnání s uvolňováním vlivem tepla. FT-IR spektroskopie tak poskytuje analytikům lepší porozumění klíčovým parametrům, které jsou důležité pro uvolňování této i jiných nebezpečných sloučenin, což umožňuje spolehlivější technologický vývoj.
Popisovaný FT-IR systém je možné také použít ke kontrole čistoty a složení plynů v plynových lahvích a průmyslových zásobnících, např. kontrole čistoty kyslíku a hélia určeného pro lékařské účely. FT-IR spektrometr Antaris IGS se svým jedinečným řešením je vhodný pro analýzu toxických emisí při spalování mnohých materiálů. Tento systém splňuje nové evropské předpisy, které specifikují parametry analýzy FT-IR, je-li třeba ji použít k certifikaci vlastností materiálu před jeho uvedením na trh pomocí určení toxicity kouře. Na příkladu měření uvolňování kyseliny fluorovodíkové během spalování lithium-iontových baterií se ukazuje užitečnost metody FT-IR i pro testování bezpečnosti moderních elektrických dopravních prostředků.
