Les chercheurs de Fraunhofer IAF présenteront leur démonstrateur du système de mesure au LASER World of PHOTONICS de cette année. Crédit :Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF
Pour garantir des produits pharmaceutiques de haute qualité, les fabricants doivent non seulement contrôler la pureté et la concentration de leurs propres produits, mais aussi ceux de leurs fournisseurs. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer de physique appliquée des solides IAF ont développé un système de mesure capable d'identifier une grande variété de substances chimiques et pharmaceutiques à distance et en temps réel. Il est parfait pour l'utilisation dans l'industrie pharmaceutique, industrie chimique et alimentaire.
Surtout pour les productions pharmaceutiques et alimentaires, un contrôle continu des ingrédients est indispensable. D'habitude, cela se ferait par un prélèvement et une analyse en laboratoire par chromatographie ou spectromètres. Cependant, un tel processus prend du temps et ne permet que des contrôles ponctuels. Chez Fraunhofer IAF, les chercheurs ont développé un système de mesure capable d'un contrôle qualité en temps réel. Il identifie même les plus petites quantités de substances en fonction de leur composition moléculaire.
Mesures en temps réel avec des lasers à cascade quantique
Le cœur du système est un laser à cascade quantique (QCL) accordable extrêmement rapide fonctionnant dans la plage de l'infrarouge moyen. Basé sur la spectroscopie de rétrodiffusion, le système laser permet non seulement d'identifier les plus petites quantités de substances chimiques en temps réel, mais aussi pour contrôler en continu les processus de réaction chimique. "Notre système de mesure permet une identification à distance d'une grande variété de substances chimiques et pharmaceutiques. Les procédures de mesure fastidieuses dans les laboratoires peuvent être remplacées par des mesures en temps réel pendant les processus de production en cours, " explique le Dr Marko Härtelt, chercheur à Fraunhofer IAF.
Le cœur du système est un laser à cascade quantique accordable extrêmement rapide avec des longueurs d'onde d'émission dans l'infrarouge moyen et des fréquences de balayage élevées allant jusqu'à 1 kHz. Crédit :Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF
Avec ses collègues, il travaille depuis plusieurs années au développement de QCL pour la spectroscopie infrarouge. Avec l'aide des chercheurs de Fraunhofer IPMS, il a développé une source laser compacte et robuste avec laquelle toute la gamme de longueurs d'onde de l'émetteur QCL peut être balayée en une milliseconde. La base de cette méthode "d'empreintes digitales" est la gamme infrarouge moyen (4-12 m). "De nombreux composés chimiques ont un comportement d'absorption unique dans cette gamme de longueurs d'onde, qui est aussi unique qu'une empreinte digitale humaine, " commente Härtelt. La gamme de longueurs d'onde permet une identification claire de la nature et de la composition des composés moléculaires.
Vitesse de numérisation extrêmement variable
Les lasers à cascade quantique développés par Fraunhofer IAF se caractérisent par leur vitesse de balayage extrêmement variable, leur taille compacte ainsi que leur étant largement accordable. Les chercheurs ont développé un QCL qui peut être réglé pour fonctionner à des fréquences de balayage élevées ou en mode quasi-statique sur une large plage de longueurs d'onde. Ceci est réalisé grâce à la combinaison de lasers à cascade quantique dans un résonateur externe avec différents scanners en treillis basés sur MOEMS qui fonctionnent comme des éléments sélectifs des ondes. « Les scanners MOEMS à résonance spectrale les plus rapides permettent de balayer un millier de plages infrarouges complètes par seconde. La vitesse de balayage élevée est essentielle pour les applications dans lesquelles les conditions changent rapidement, comme la surveillance de processus de réaction chimique ou d'objets en mouvement, " dit Härtelt.
Les systèmes de mesure basés sur QCL sont bien adaptés au contrôle qualité dans une variété de secteurs industriels, grâce à leur capacité à identifier diverses substances chimiques à distance et en temps réel. Utilisé dans l'industrie pharmaceutique, industrie chimique et alimentaire les systèmes de mesure fournissent des informations sur l'authenticité et la pureté des substances à tout moment du processus de production. Par ailleurs, les lasers à cascade quantique peuvent être utilisés dans le diagnostic médical ou dans le secteur de la sécurité pour tester des substances dangereuses. En outre, la conception compacte permet le développement de mobiles, et même à main, systèmes de mesure.
