Multivariat optisk beräkning - Multivariate optical computing
Multivariat optisk beräkning , även känd som molekylär faktorberäkning, är ett tillvägagångssätt för utvecklingen av komprimerade avkänningsspektroskopiska instrument, särskilt för industriella applikationer som stöd för processanalys . "Konventionella" spektroskopiska metoder använder ofta multivariata och kemometriska metoder, såsom multivariat kalibrering , mönsterigenkänning och klassificering , för att extrahera analytisk information (inklusive koncentration) från data som samlats in med många olika våglängder. Multivariat optisk beräkning använder en optisk dator för att analysera data när de samlas in. Målet med detta tillvägagångssätt är att producera instrument som är enkla och robusta, men ändå behåller fördelarna med multivariata tekniker för noggrannhet och precision i resultatet.
Ett instrument som implementerar detta tillvägagångssätt kan beskrivas som en multivariat optisk dator . Eftersom det beskriver ett tillvägagångssätt, snarare än något specifikt våglängdsområde, kan multivariata optiska datorer byggas med en mängd olika instrument (inklusive Fourier Transform Infrared ( FTIR ) och Raman ).
Den "programvara" i multivariata optisk beräkning kodas direkt i ett optiskt element spektral beräkningsmotor, såsom en interferensfilter baserat multivariat optiskt element (MOE), holografiskt gitter , flytande kristall avstämbart filter , spatial ljusmodulator (SLM), eller digital micromirror device (DMD) och är specifik för den specifika applikationen. Det optiska mönstret för den spektrala beräkningsmotorn är utformat för det specifika syftet att mäta storleken på det multivåglängdsmönstret i ett spektrums spektrum , utan att faktiskt mäta ett spektrum.
Multivariat optisk beräkning gör det möjligt att göra instrument med matematiken för mönsterigenkänning utformad direkt i en optisk dator som extraherar information från ljus utan att spela in ett spektrum. Detta gör det möjligt att uppnå den hastighet, pålitlighet och robusthet som krävs för realtidsintegrerade processtyrningsinstrument.
Multivariat optisk beräkning kodar för en analog optisk regressionsvektor av en transmissionsfunktion för ett optiskt element. Ljus som kommer från ett prov innehåller spektralinformation för det provet, oavsett om spektrumet upptäcks eller inte. När ljus passerar från ett prov genom elementet är den normaliserade intensiteten, som detekteras av en bredbandsdetektor, proportionell mot punktprodukten från regressionsvektorn med det spektrumet, dvs är proportionell mot koncentrationen av analyten för vilken regressionen vektor designades. Analysens kvalitet är då lika med kvaliteten på regressionsvektorn som kodas. Om upplösningen för regressionsvektorn är kodad till upplösningen för laboratorieinstrumentet från vilket regressionsvektorn designades och detektorn upplösning är ekvivalent, kommer mätningen som görs av Multivariate Optical Computing att motsvara det laboratorieinstrumentet på konventionellt sätt . Tekniken gör framsteg på en nischmarknad för detektering av hårda miljöer. Specifikt har tekniken antagits för användning inom oljeindustrin för detektering av kolvätekomposition i oljebrunnar och rörledningsövervakning. I sådana situationer är laboratoriekvalitetsmätningar nödvändiga, men i tuffa miljöer.
Historia
Även om begreppet att använda ett enda optiskt element för analytisk regression och detektion föreslogs 1986 publicerades den första fullständiga MOC-konceptanordningen 1997 från Myrick-gruppen vid University of South Carolina , med en efterföljande demonstration 2001. Tekniken har fick mycket erkännande inom optikindustrin som en ny metod för att utföra optisk analys med fördelar för hård miljöavkänning. Tekniken har tillämpats på Ramanspektroskopi, fluorescensspektroskopi , absorbansspektroskopi i UV-Vis , NIR och MIR , mikroskopi , reflektansspektroskopi och hyperspektral avbildning . Under åren sedan den första demonstrationen har applikationer demonstrerats för försvar, kriminalteknik, övervakning av kemiska reaktioner, miljöövervakning, återvinning, livsmedel och läkemedel, medicin och biovetenskap samt petroleumsindustrin. Den första publicerade demonstrationen för användning av MOC i tuffa miljöer, var 2012 med en laboratoriestudie med temperaturer från 150F till 350F och tryck från 3000psi till 20.000psi, följt 2013 med fältförsök i oljekällor.
