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TDLAS: LA SPETTROSCOPIA DI ASSORBIMENTO LASER AL SERVIZIO DEI CONTROLLI QUALITÀ

 

10/12/2020


TDLAS: LA SPETTROSCOPIA DI ASSORBIMENTO LASER AL SERVIZIO DEI CONTROLLI QUALITÀ

È possibile conoscere e monitorare in modo molto efficace e poco dispendioso cosa accade al prodotto in termini di mantenimento delle caratteristiche organolettiche

La spettroscopia di assorbimento laser, facciamo riferimento a quella che viene chiamata TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), è una tecnica di misurazione ottica della presenza di specifici gas.

Viene utilizzata una specifica proprietà fisica di assorbire la luce da parte di alcune molecole allo stato gassoso. In particolare, alcune molecole hanno la proprietà di assorbire la luce solo a specifiche bande, cioè per specifiche e definite lunghezze d’onda. Le caratteristiche emissive molto monocromatiche e accordabili dei nuovi laser allo stato solido, consentono di sfruttare questa proprietà per ottenere misurazioni molto accurate di presenza del gas, ma anche di pressione parziale e totale all’interno di contenitori chiusi parzialmente trasparenti, variabili sia per materiale che per colore, spessore e caratteristiche ottiche

Antares Vision TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)
Ne abbiamo parlato con Paolo Tondello, Application Specialist Gas Sensing e Leak Detection di FT System.

Quali parametri è possibile misurare? Può essere applicata al controllo qualità in linea?

La tecnologia TDLAS consente la misurazione di concentrazione di un gas specifico all’interno di un contenitore chiuso, della pressione parziale dello stesso gas, ma anche della pressione totale dovuta a tutti i gas. La misura è selettiva sullo specifico gas oggetto della misura. Essendo una misura ottica, è non invasiva, non distruttiva e non richiede una preparazione specifica del campione da misurare. Queste proprietà consentono la realizzazione di strumenti per laboratorio, che consentono di misurare in modo non distruttivo i parametri di concentrazione di un gas nello spazio di testa del contenitore, anche ripetutamente nel tempo sullo stesso campione. È possibile così conoscere e monitorare in modo molto efficace e poco dispendioso cosa accade al prodotto in termini di mantenimento delle caratteristiche organolettiche, fermentazione e più in generale alla sua qualità. Abbiamo realizzato applicazioni dedicate sia al mondo imbottigliamento, con strumenti dedicati a prodotti gasati, prodotti sottovuoto o addizionati di N2, che applicazioni nel mondo del packaging alimentare per controllo MAP. Essere non distruttiva, consente anche una applicazione in linea della tecnologia per la misura del 100% della produzione al fine di controllare le saldature per prevenire eventuali perdite da vaschette o flowpack che contengono prodotti conservati in MAP. Permette inoltre un controllo del processo attraverso il monitoraggio di pressioni e riempimenti degli spazi di testa di prodotti nel mondo farmaceutico, imbottigliamento e confezionamento alimentare.

Perché la spettroscopia laser ha rivoluzionato il modo di effettuare controlli qualità nei diversi settori? Può farci qualche esempio significativo?

La TDLAS presenta caratteri rivoluzionari rispetto ai tradizionali metodi di ispezione basati sul contatto tra gas e sensore. Il fatto di essere ottica e quindi non a contatto, ha aperto le porte a controlli in linea sul 100% dei campioni consentendo di superare i controlli distruttivi a campione che hanno costi molto elevati e soprattutto una efficacia statistica decisamente inferiore rispetto a controlli effettuati sul totale della produzione. Alcuni esempi di applicazioni fatte che hanno decisamente migliorato la qualità e l’efficienza delle produzioni sono le seguenti:

1- Nel mondo dell’imbottigliamento, viene utilizzato l’azoto liquido dosato in gocce per pressurizzare la bottiglia, consentendo quindi di ridurre la quantità di plastica utilizzata. Misurare la pressione in linea dopo la tappatura del 100% delle bottiglie consente molteplici vantaggi, tra i quali la sicurezza di non avere in fase di pallettizzazione contenitori sgonfi o con tappo che perde, ma anche il controllo del processo di dosaggio dell’azoto, con possibile feedback al sistema di dosaggio stesso, consentendo notevoli riduzioni del consumo di azoto stesso;

2- Nel mondo del confezionamento alimentare di prodotti confezionati in MAP, sia in vaschetta che flow pack, il controllo della presenza di perdite sul 100% della produzione garantisce di non immettere sul mercato prodotti non conformi che, nel tempo, per la presenza di microfori nella saldatura, possono presentare muffe con problematiche di qualità e brand reputation. Il controllo sul 100% della produzione consente al produttore di controllare il processo di confezionamento e saldatura evitando di produrre una serie di scarti causati da qualche malfunzionamento della macchina confezionatrice

3- Nel mondo del vino spumante metodo classico, l’applicazione della nostra tecnologia ha consentito ai produttori di monitorare il 100% delle bottiglie a fine della seconda fermentazione, prima di stapparle per il procedimento di sboccatura. È così possibile selezionare le bottiglie di più alta qualità da quelle in cui la rifermentazione aveva avuto qualche problema. Questo consente di garantire e monitorare la qualità del prodotto, ma anche di non sprecare la parte della produzione che ha avuto qualche problema, consentendone la rilavorazione e il recupero del prodotto stesso.

Come è nata l’idea di applicare la spettroscopia laser al controllo qualità? 

La tecnologia TDLAS è nota da molti decenni, ma è rimasta confinata nei laboratori fino agli anni 2000 quando l’enorme evoluzione tecnologica dei laser fatta dall’industria delle telecomunicazioni ha finalmente messo a disposizione laser affidabili, relativamente economici e adatti allo scopo della TDLAS. Il team di ricercatori, che poi ha fondato lo spin off L pro, che ha dato il via a questi sviluppi stava lavorando alla misura di CO2 all’interno di contenitori chiusi quando un giorno è finita la bombola di CO2 utilizzata per la creazione dei campioni. A quel punto, quasi per gioco, hanno provato a misurare l’unico prodotto presente in laboratorio che conteneva sicuramente grandi quantità di CO2: una bottiglia di prosecco. Scoprire che si potevano misurare anche contenitori scuri e spessi come le bottiglie di vino ha aperto la strada a tutte le applicazioni che sono state poi sviluppate.