第10章--过程化学.ppt

* 第十章 过程分析化学 一、什么是过程分析 1、工业分析化学 如何获得代表分析物质的样品 怎样处理并制备用于分析的样品 如何进行必要的分离步骤 已有的测量方法的选择 分析数据的处理与解析 如何控制分析结果的准确度 2、 过程分析是工业分析发展的新阶段 过程分析的目标就是要使上述许多部分或全部功能都能实时地成为一个整体并用这些信息去优化整个过程 过程分析涉及实时测量，包括采样，预处理解析及应用结果去控制化学过程 从过程分析化学是从化学过程得到定性或定量的信息来控制或优化化学过程的综合性学科 过程分析化学是由化学、化工、电子工程、工艺过程及自动控制等学科相互渗透交叉形成的一个新的研究领域 二、为什么要进行过程分析 生产厂商关注产品的质量、生产率的提高、最佳的能耗和原料消耗和最少的废物排放 过程分析可在原料的利用、废物的产出，产品的质量和纯度方面优化化学过程，成为整个生产过程的关键 三、过程分析化学的产生 起源于化学工业过程的监测与控制 自本世纪五十年代初期国际上有了化学商品和石油化学工业之后就有了过程分析化学(process analytical chmistry简称为PAC)， 然而直到最近由于全球性的竞争日渐激烈，产品的品种不断增多和质量要求不断提高，以及对环境保护的严格控制才使PAC得以承认和发展） 过程分析化学在国外已颇有研究成效,而在我国还刚刚起步 1 分析化学的发展 以计算机应用为主要标志的信息时代的来临，生命科学、环境科学、新材料科学发展的要求，使分析化学进入了一个崭新的发展阶段。 现代分析化学的要求不再局限于测定物质的组成和含量，而是要进行形态分析、微区表面分析、微观结构分析及对化学和生物特性作出瞬时追踪、无损和在线监测等分析及过程控制。 四 过程分析化学的发展 2、 工业分析的发展过程 1、实验室分析（离线分析）：到现场取样，然后送至化验室进行分析、数据处理后，报送实验结果 2、现场分析：将分析仪器搬到现场，加快了分析速度 3、在线分析：用自动取样和样品预处理装置，将分析仪器与生产过程直接联系起来，实现连续的、自动的在线分析 4、原位分析：将化学传感器插入流程内 ，以获得检测信号，实现连续的、自动监测与控制 5、无损分析：采用不与试样接触的探头进行的在线分析 后三个阶段均属于过程分析 五、过程分析与实验室分析的不同 实验室分析用的样品要在严格的条件下进行处理，且为了提高测量的选择性与灵敏度，在测量前可进行预处理。 实验室仪器设备由于接触不到恶劣的环境或腐蚀性的样品，所以可被设计成能进行复杂的测量，这种仪器往往难以使用，并需由训练有素的分析化学家进行操作 过程分析仪器必须能够承受化工厂中温度和湿度等变化的环境，且无论在高温、高压下都必须能对可能是粘稠的、含微粒状物质或非水溶液进行取样和分析。 同时其取样操作、样品预处理、测量、数据采集及处理必须能在无人看管的情况下连续工作几天或几周。 为了进行过程控制，过程分析仪器的测量速度要快。 为了增强耐用性与可靠性，过程分析仪器一般通用性差，只专用于特定的测量 结论：过程分析仪器是自动化的，并必须能够在恶劣的环境下用于长期操作 能够提供化学组成信息的仪器技术常常是在实验室首先被研究出来的。但是把它们作为一种过程分析工具用于实际中有一个很长的滞后时间，这是因为技术首先需要经得住环境的考验并适应它 六、过程分析化学的特征 以自动化分析和过程控制相结合，以实现生产过程最优化为特征。 未来的过程分析化学将在与物理学、生命科学、材料科学、计算机科学、信息科学、能源、环境、海洋、空间科学的相互交叉、相互渗透、相互促进中共同发展，多学科和技术的交叉和集成，以解决生产和科研中的实际问题是过程分析化学发展的基本特点。 七、过程分析化学的任务及研究范围 发展过程分析和控制方法及相关技术，以解决工业过程、生物工程、新型功能材料、生物化学工业的自动化和过程质量控制问题 用于能源、生产时间和原材料等的有效利用和最优化 在工业生产中应用过程分析化学之后，可使整个生产过程合理、生产成本降低、产品质量提高而稳定、环境污染减少 过程分析化学的主要研究内容：过程量测科学、过程分析化学计量学及开发相关的智能化在线分析仪器 主要研究领域： 1．自动取样与样品预处理 过程分析化学区别于传统的实验室分析的主要特征 好的采样系统须具备如下功能： 1、能够采集到足够量的能代表分析主体的样品 2、用最短的时间把代表性的样品运送到分析仪器 3、用一种新的与分析器相匹配、且不破坏分析器的方法处理或调制样品 4、必须安全、无泄露、不危害环境 5、能把从分析器流出的试样输送到适当的废物箱中，或在不影响流程的前提下再返回到流程中去 6、必须对所监视的过程无干扰，无危害