实验室分析与过程分析：决策的关键因素
2024年1月29日
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每一天，工厂的管理者都面对着无数棘手的问题，需要作出相应的对策和决定。其中一类问题是为生产过程监测和质量控制，分析仪是选择线上/在线（在过程中）还是离线（例如，实验室）分析仪？ 管理者掌握相关的知识和信息对于根据各自的实际生产情况做出明智的决策非常重要。归根结底,每家厂生产过程都是不尽相同,都需要定制各自的分析解决方案-这也是Metrohm追求提供的定制化方案。
这篇博客文章讨论了工厂管理者在决策是否实施线上/在线仪器，或者是选择使用离线实验室仪器之前应该考虑的非常重要因素。
数据来自实验室分析仪
在使用实验室仪器分析时，向工厂控制室及时上传实时数据并不那么简单。为了实现实验室数据及时上传这一目的，工厂须投资集成多个软件平台。为满足所有必要的要求和获得所有利益攸关方协调一致，这不仅会带来额外的成本，他也成为一项艰巨的任务。
如果生产过程相对简单和稳定，波动较小，那么进行少量分析就足以得出用于监测生产过程趋势的结果。在这种情况下，实时直接向工厂控制室发送数据并不是必要的。采用实验室仪器分析可能是正确的选择。它提供了与过程分析仪相同的测量精度，另外它还有一个优点是同一台仪器可以进行多个样品分析,从而获得更快的投资回报（ROI）。
请阅读我们之前的博文，了解流程自动化的更多益处。
频繁分析
每班或每天都需要对样品进行预处理和多次分析，在这种情况下，理想的解决方案是采用集成样品预处理模块实现线上或在线分析。
线上或在线分析获取的实时结果为自动、连续的过程控制提供了非常快的反馈,避免由于延迟处置造成高昂损失。较高的分析频率可以更及时的掌握当前的工艺变化条件,从而减少不达标产品或计划外停车的机会（图1）。
而且，在线分析仪使用基于"if"智能条件语句编程，对过程控制是质的提升。通过不断实时监控过程参数,工艺人员能够在非常重要的时刻做出更明智的决策。当被监控的生产过程保持在控制范围内时，过程分析器会自动降低采样频率，从而优化效率，降低运行成本。
同时,当过程临近关键控制限制点时,过程分析仪会自动增加分析频率以获取更多数据,从而迅速做出反应。这可以早期发现预警信号，在情况升级之前立即采取纠正措施。
由于能够适应各种不同的工艺条件,在线过程分析仪大大提高了生产效率,非常大限度地减少了不合格和浪费（即降低成本）,在工艺稳定条件下保证了非常高的质量。
此外,万通过程分析器是将监测结果存储在加密数据库中，所有采集的数据防止数据篡改，都是可追踪的。仪器供电设计电源缓冲和可控关机程序，防止数据损坏。嵌入式操作系统, 阻止用户访问增加安全保护。
选用线上或在线过程分析仪的优势
- 由代表性取样更准确地反映实际工艺条件
- 减少人为错误造成的误差
- 快速响应可减少产品浪费
- 防止返工
少量分析
如果某些参数只需要在每个班次或每天测量一次，甚至更少的分析频率，使用实验室仪器对于质量控制而言更有意义。然而也要注意整体工艺条件和环境，手动采样的周转速度要慢得多,样品需要运送到附近的实验室进行存储和终测试。这种时间延迟意味着获得的样品与实际工艺条件下相关样品的pH、温度和水分含量会有变化。
实验室仪器与线上/在线分析相比，取样进行离线实验室分析的频率要低得多，这使其有可能过度化学处理和试剂补充。
离线实验室分析虽然简单，但仍然对过程控制具有重要的指导意义。的确，人工取样可能会带来一些错误，但通常可以通过遵循严格的标准和使用训练有素的分析员来缓解这些错误。此外,离线分析设置的总体分析频率较低,为仔细检查提供了足够的时间,从而可以获得可靠的结果。
归根结底
线上和在线过程分析仪优点显著，特别是在提供实时数据和测量之间的一致性方面。然而，如果操作和管理得当，实验室分析仍然可以提供可靠和有价值的信息，同样有助于工业过程控制和优化。
这种情况下选用线上或在线过程分析仪，限制人工操作，防止接触危险化学品，降低风险。此外，相比手工方法，能按照程序编程进行更频繁地采样分析，使线上或在线过程分析仪实现更大程度的生产过程控制。
- 在取样和分析过程中避免人员接触危险化学品
- 受益于危险样品成分的早期检测
- 使用防爆分析仪对爆炸区进行过程分析
点击此处了解更多有关防爆工艺解决方案的信息。
有分析需求场合，就会涉及到仪器的选择。比如，原料检验，通常会选用实验室仪器。但是,考虑到工作量和时效性,使用简便的手持光谱设备（如瑞士万通手持式拉曼光谱仪） （MIRA，图2）可以获得更高的效率。
这些手持仪器可在收货点（例如在仓库接收码头）或在运输容器中（如包装瓶、袋子或其他容器类型）直接测定某种物质特性和质量，不受其它因素影响。
对于生产设备中有多个工艺位置，需要质量控制参数的测量, 线上/在线分析仪是先选的解决方案。每次分析的成本较低,从而提高了投资回报率。如果不使用自动化过程分析解决方案，就需要更多的实验室仪器和分析员。招聘受过良好教育和训练有素的实验室技术人员也很有挑战性,且成本高昂。
点击此处了解更多关于手持式拉曼光谱仪解决方案的信息。
实施
在关于安全的一节中，我们讨论了在危险区域使用过程分析仪的重要性。本节介绍在生产车间中如遇到的物理空间限制但又必须进行采样分析时，如何解决这类这些问题？
工厂安装自动化分析系统的空间非常有限，场地只允许散布多个小工作站。因此,在这种情况下,有时离线解决方案会更受欢迎,。
瑞士万通过程分析提出远程机柜方案来解决这一难题。鉴于2060平台的灵活性，远程分析柜可以安装在靠近采样点的位置，而人机界面可以安装在有更多空间的位置（图3）。
过程分析仪与采样点之间的距离可能很大。例如， 2060近红外在线分析仪，每个近红外（NIR）机柜至多可在距分析仪数百米的位置监视五个采样点，它们利用低色散光纤将样品点无缝连接到仪器上。
在线传感器也不受空间限制。例如，ProTrode pH传感器可以直接安装在管道、反应器或储罐上。集成VarioPin传感连接器可确保信号从传感器传输到2060 Process Analyzer或其他设备位置的变送器上。
了解更多使用在线 pH 传感器的好处，请参阅我们之前的博文。
总结
显然,线上/在线和离线技术在工业领域，各自在不同场景都发挥着至关重要的作用。每种技术都有其自身的优势。是否采用哪一种取决于每个工厂的具体需要和情况。
实验室仪器并不比工艺分析仪好，反之亦然。每个实例都是只一个的。无论您做出哪种选择, 无论是在实验室还是直接过程分析，Metrohm都能提供正确的解决方案为您解决难题。
