XplorIR

Přístroj XplorIR je unikátní a inovativní mobilní ruční FT-IR spektrometr s integrovanou plynovou celou, který při hmotnosti pouhé 2,5 kg umožňuje rychlou detekci a identifikaci více jak 5 600 par a plynů přímo v terénu a současně také kvantitativní analýzu více jak 350 par a plynů s rozšířením na více jak 1000 látek do konce roku 2024. Tato analýza je možná i ve směsích až do 6 komponent. Přístroj je unikátní jak v oblasti použitého hardware tak i nově vyvinutými algoritmy pro zcela automatickou analýzu a kontinuální monitorování v terénu, včetně možnosti použití v hot zóně (prostředí kontaminovaném toxickými látkami). Poprvé v historií tak zasahující jednotky (hasiči, civilní ochrana, police, chemický průmysl) dostávají k dispozici prostředek, který je „v ručním formátu“ schopen detekovat s vysokou spolehlivostí takto široké spektrum plynných látek, a to bez nutnosti speciálních znalostí ze strany obsluhy.

Hardware využívá plnohodnotný a FT-IR spektrometr se spektrálním rozlišením 4 cm^-1, který pokrývá rozsah od 650 do 4000 cm^-1. Spektrometr je konstruován pro použití v terénu za náročných podmínek (vibrace, teplotní změny). Je spojen s unikátní plynovou celou, která při vnitřním objemu pouze 38 ml dosahuje efektivní optické dráhy více jak 1,8 m. Díky tomu se dosahuje dobré citlivosti a současně se cela také velmi rychle proplachuje. Přístroj je tak schopen rychle reagovat na změny koncentrace látek v prostředí (je vhodný i na vyhledávání zdrojů úniků atd.). Součástí přístroje je pumpa, která zajišťuje automatické dávkování plynné fáze do cely. Přístroj je možné také dekontaminovat, je optimalizován pro použití v osobních ochranných prostředcích a na jednu baterii vydrží pracovat minimálně 6 hodin.

XplorIR je osazen velmi výkonným výpočetním systémem, který umožňuje s dostatečnou rychlostí provádět náročné chemometrické analýzy infračervených absorpčních spekter plynů a par. Rychlost výpočetních systémů byla v minulosti jedním z limitujících faktorů pro použití pokročilých algoritmů pro kontinuální automatickou analýzu. FT-IR spektra plynných látek se často vyznačují komplikovanou strukturou (rotačně-vibrační spektra s velkým počtem píků). To klade větší nároky na vlastní analýzu, ale současně také umožňuje snadnější analýzu vícesložkových systémů než při analýze FT-IR spekter pevných a kapalných vzorků. Značným problémem v oblasti FT-IR analýzy plynů je intenzivní spektrum vody a oxidu uhličitého, které je ve spektru vždy přítomno a musí se korigovat. Statická korekce je dlouhodobě využívanou metodou, zpravidla ale způsobuje zhoršení detekčních limitů pro látky, jejichž spektrum se překrývá se spektrem H₂O nebo CO₂. Ještě větší problém nastává, pokud je potřeba kontinuálně monitorovat prostředí, ve kterém se přístroj současně pohybuje. V tomto případě se může velmi rychle měnit koncentrace CO₂ i vlhkost vzduchu. Tento problém byl jednou z příčin malého rozšíření používání FT-IR spektrometrů (velkých přenosných zařízení) v průběhu řešení havárií. I v této oblasti přináší přístroj XplorIR zásadní průlom, využívá nově vyvinuté algoritmy pro dynamickou korekci pozadí. Ta je schopna kontinuálně a zcela automaticky kompenzovat vlivy CO₂ a H₂O v širokém rozsahu koncentrací (až do 90% vlhkosti vzduchu) při současném zlepšení detekčních limitů oproti statické metodě kompenzace pozadí. Dobře to ilustruje následující obrázek. Na levé straně je ukázka spektra po použití statické korekce (modře) a žlutě je vyznačeno spektrum 30ppm SO₂. Na pravé straně je stejná situace při použití nově vyvinutých algoritmů adaptivní korekce, která výrazně zlepšuje schopnosti detekce nízkých koncentrací a je současně schopna dynamicky reagovat na změny koncentrace H₂O a CO₂.

Další unikátní vlastností jsou algoritmy pro zcela automatickou multikomponentní analýzu. Software automaticky analyzuje směsi až do šesti složek a ke každé nalezené látce je samostatně zobrazena spolehlivost identifikace (vyjádřená počtem hvězdiček, pět hvězdiček představuje hit scóre vyšší jak 0.95). Tato analýza se provádí kontinuálně a vždy se používají všechny látky v knihovně (tedy současně se identifikuje z více jak 5 600 látek).

Poslední unikátní funkcí je implementace automatické kvantitativní analýzy, kdy k nalezeným látkám je současně okamžitě zobrazována i koncentrace látky v ppm a vždy je navíc zobrazen i údaj o koncentraci CO₂ ve vzduchu. Tato informace se obnovuje každé 4 s, přístroj je tak schopen dynamicky zobrazovat změny a je vhodný i na rychlé vyhledávání míst úniků, sledování odvětrávání v zasažené oblasti nebo monitorování situace v pracovním prostředí s diskontinuálním operacemi.

Všechny tyto funkce jsou integrovány do jednoduchého a vizuálně dobře čitelného uživatelského rozhraní. Přestože na pozadí probíhají náročné matematické operace, pro vlastního uživatele je analýza velmi jednoduchá a ovládání je snadné. Přístroj tak snadno mohou používat zasahující jednotky i při použití těžkých osobních ochranných prostředků. Součástí řešení je i komunikace (přístroj má vlastní GPS, WiFi i Bluetooth) a výsledky je možné odesílat ihned z hot zóny do cloudového řešení, kde je možné s nimi okamžitě dále pracovat v aplikaci TeamLeader, která je dostupná pro Android, iOS i Windows.

Podobný přístroj na současném světovém trhu doposud nebyl k dispozici. Prozatím se jednalo o velké a těžké přístroje (typický 8 až 12 kg).  Počet látek, které bylo možné současně identifikovat byl značně omezen. Příprava na použití vyžadovala 20 a více minut (XplorIR je přípraven během 1 minuty) a k obsluze byl potřeba dobře zaškolený odborník se zkušenostmi v oblasti vyhodnocení získaných dat. XplorIR demokratizuje tuto technologií a otevírá široké možnosti nasazení v praxi kdy operátor nemusí být odborník na tuto problematiku.