Calcul optique multivarié - Multivariate optical computing
Le calcul optique multivarié , également connu sous le nom de calcul des facteurs moléculaires, est une approche du développement d' instruments spectroscopiques à détection compressée , en particulier pour des applications industrielles telles que le support analytique de processus . Les méthodes spectroscopiques "conventionnelles" emploient souvent des méthodes multivariées et chimiométriques , telles que l'étalonnage multivarié , la reconnaissance de formes et la classification , pour extraire des informations analytiques (y compris la concentration) à partir de données collectées à de nombreuses longueurs d'onde différentes. Le calcul optique multivarié utilise un ordinateur optique pour analyser les données au fur et à mesure de leur collecte. Le but de cette approche est de produire des instruments simples et robustes, tout en conservant les avantages des techniques multivariées pour l'exactitude et la précision du résultat.
Un instrument qui met en œuvre cette approche peut être décrit comme un ordinateur optique multivarié . Puisqu'il décrit une approche, plutôt qu'une gamme de longueurs d'onde spécifique, les ordinateurs optiques multivariés peuvent être construits en utilisant une variété d'instruments différents (y compris l'infrarouge à transformée de Fourier ( FTIR ) et Raman ).
Le "logiciel" de calcul optique multivarié est codé directement dans un moteur de calcul spectral d'élément optique tel qu'un élément optique multivarié (MOE) basé sur un filtre d'interférence , un réseau holographique , un filtre accordable à cristaux liquides , un modulateur spatial de lumière (SLM) ou un dispositif de micromiroir numérique (DMD) et est spécifique à l'application particulière. Le motif optique pour le moteur de calcul spectral est conçu dans le but spécifique de mesurer l'amplitude de ce motif à plusieurs longueurs d'onde dans le spectre d'un échantillon, sans réellement mesurer un spectre.
Le calcul optique multivarié permet de fabriquer des instruments avec les mathématiques de la reconnaissance de formes conçues directement dans un ordinateur optique, qui extrait des informations de la lumière sans enregistrer un spectre. Cela permet d'obtenir la vitesse, la fiabilité et la robustesse nécessaires pour les instruments de contrôle de processus en ligne en temps réel.
Le calcul optique multivarié code un vecteur de régression optique analogique d'une fonction de transmission pour un élément optique. La lumière qui émane d'un échantillon contient les informations spectrales de cet échantillon, que le spectre soit découvert ou non. Lorsque la lumière passe d'un échantillon à travers l'élément, l'intensité normalisée, qui est détectée par un détecteur à large bande, est proportionnelle au produit scalaire du vecteur de régression avec ce spectre, c'est-à-dire proportionnelle à la concentration de l'analyte pour laquelle la régression vecteur a été conçu. La qualité de l'analyse est alors égale à la qualité du vecteur de régression qui est codé. Si la résolution du vecteur de régression est codée à la résolution de l'instrument de laboratoire à partir duquel ce vecteur de régression a été conçu et que la résolution du détecteur est équivalente, alors la mesure effectuée par le calcul optique multivarié sera équivalente à cet instrument de laboratoire par des moyens conventionnels. . La technique progresse sur un marché de niche pour la détection des environnements difficiles. Plus précisément, la technique a été adoptée pour une utilisation dans l'industrie pétrolière pour la détection de la composition d'hydrocarbures dans les puits de pétrole et la surveillance des pipelines. Dans de telles situations, des mesures de qualité en laboratoire sont nécessaires, mais dans des environnements difficiles.
L'histoire
Bien que le concept d'utilisation d'un seul élément optique pour la régression et la détection des analytes ait été suggéré en 1986, le premier dispositif conceptuel MOC complet a été publié en 1997 par le groupe Myrick de l' Université de Caroline du Sud , avec une démonstration ultérieure en 2001. La technique a a reçu beaucoup de reconnaissance dans l'industrie de l'optique en tant que nouvelle méthode pour effectuer une analyse optique avec des avantages pour la détection des environnements difficiles. La technique a été appliquée à la spectroscopie Raman, la spectroscopie de fluorescence , absorbance spectroscopie dans l' UV-Vis , NIR et MIR , microscopie , spectroscopie de réflectance et l' imagerie hyperspectral . Dans les années qui ont suivi la première démonstration, des applications ont été démontrées pour la défense, la médecine légale, la surveillance des réactions chimiques, la surveillance de l'environnement, le recyclage, les aliments et médicaments, les sciences médicales et de la vie, et l'industrie pétrolière. La première démonstration publiée pour l'utilisation du MOC dans les environnements difficiles a eu lieu en 2012 avec une étude en laboratoire avec des températures de 150 ° F à 350 ° F et des pressions de 3000 psi à 20000 psi, suivie en 2013 d'essais sur le terrain dans des puits de pétrole.
