Bu nedenle, deniz mühendisliğinde kalıcı bir meydan okuma, deniz ürünleri, deniz hatları, boru hatları ve aquaculture netleri, hidroksit artışları, temizleme, temizleme, temizleme, ütüleme sistemleri, sualtı uygulamaları gibi biyofoulasyonların azaltılması, biyofoulasyonların tek başına yılda on milyarlarca dolar olarak ölçülmesi, su kirliliğinin önlenmesi ve onarımlarının önlenmesi gibi temel bir engelleyiciye yol açabilir.

Spektroskopik teknikler, yüzeysel muayene veya kilo kaybı ölçümlerine dayanan geleneksel yöntemlerden farklı olarak, spektroskopi, biyofilm oluşturma, ve fouling direnç hakkında temel bilgileri değerlendirmek için vazgeçilmez araçlar olarak ortaya çıktı.Bu makaleye göre farklı fotografik yüzeylerde elektromanyetik yüzeysel yüzeysel yüzeysel yüzeysel yüzeysel olarak daha fazla yüzeysel yöntemler ile nasıl etkileşime girilir.

Anti-fouling Kaplamalarının Spektrozoskopik Değerlendirilmesi

Spectroskop, elektromanyetik radyasyonun etkisine dayanır. Her teknik araştırma farklı enerji geçişleri: elektronik (UV-Vis), vibrasyonal (IR, Raman), veya temel seviye elektron ejeksiyonu (XPS).

  • Yüzey matrisi ve biyokürete mevcut kimyasal fonksiyonel grupların tanımı.
  • Biyocide konsantrasyon ve leaching oranlarının sayısallaştırılması.
  • Hidrojektör, oksidasyon veya fotodegradasyon nedeniyle kimyasal değişikliklerin tespiti.
  • Biyofilm kompozisyonunun karakterizasyonu – proteinler, polisaccharides, ekstracellular polimerik maddeler (EPS).
  • Yüzeysel dağıtım kaplama kesitleri arasındaki haritalama.

Teknik seçimi belirli bir soruya bağlıdır: yüzey duyarlılığı, penetrasyon derinliği, örnek hazırlık gereksinimleri ve analizin situ'da gerçekleştirilip, örnekleme örnekleri üzerinde yapılması gerekir. Aşağıda, en yaygın kullanılan spektroskopik yöntemler hakkında detaylandırılmalıyız.

UV-Vis Spectroskop

Ultraviocaplet-visible (UV-Vis) spektroskopi, 200-800 nm aralığında ışık absürtasyonuna yönelik olarak, özellikle de bakır pirithione gibi organik biyokitler, çinko pirithione ve diuron gibi ölçülmesine yardımcı oluyor.Bu bileşikler, yüksek çözünürlükte veya UV-Viaksiyonel görünümünde elde ettiklerinde, biyosizyonel bir miktarlamanın miktarını ve daha fazla azaltıcı olduğunu gösteriyor.

Uzak (IR) Spectroskop

Fourier-transform kızılötesi (FTIR) spektroskopi, karbonil (C=O) gibi fonksiyonel grupların varlığını ortaya çıkarmak için bir çalışma tekniğidir (N-H), esterler (C-O-C), ve silolar (Si-O-Si) ve ortak kaplamalar içinde eşdeğer bağlar.

  • Çiğ malzemelerin kimyasal kimliğini ve kaplamaları onaylayın.
  • Hidrojektör (örneğin, hidroxyl gruplarının oluşumu) veya oksidasyon (örneğin, karbonil zirvelerinde artış) için polimer ağındaki değişiklikler.
  • Biyokitler'in (mani biyokitler, C=O, 1650 cm'nin yakınında bulunan isothiazolinones gibi karakteristik IR absorpsiyonları vardır.
  • Örneğin, kaplama yüzeyinde biyofilmlerin inşasını sayısal olarak sayısallaştırın. Örneğin, amid I ve II bandı (1600 cm -1) proteinlerden ve C-O-C'nin polisaccharides (1000-1100 cm-1) görünürden önce erken aşama fouling gösterebilir.

Toplam yansıma (ATR) FTIR özellikle kullanışlıdır, çünkü minimum örnek hazırlık gerektirir - kaplamanın kaplama veya tribününün incelenme yöntemlerine karşı dayanıklıdır. Örneğin, C=O derinlik 1-5 μm).Bu, poliurethane binderin takip edilmesi, normal aralıklarla ölçüm yöntemlerine göre, bir kaplamanın kinetik profilinin sabit bir şekilde onarılması gerekir.

Raman Spectroskopi

Raman spektroskopi, IR, probes moleküler vibrasyonlar gibi, ancak monoktromatik ışık (genellikle bir lazerten) incin (örneğin, sismik olmayan tahvillerin) zayıf olan titreşim modları genellikle Raman'da güçlü.For antifouling kaplamaları için Raman çeşitli avantajları sunar:

  • Yıkıcı olmayan, temas olmayan analiz -samples doğrudan bir gemide hull'u kaldırmadan incelenebilir.
  • Sudan Minimal müdahale, deniz ortamlarında situ ölçümlerinde ideal hale getirmek.
  • Yüksek uzaysal karar ( 1 μm'ye kadar) konfokal Raman mikroskop kullanarak, bir kaplama kesitinde kimyasal heterojenliği haritalama imkanı sağlar.
  • İnorganik pigmentleri tanımlamak ve titanyum dioksit (TiO2), çinko oksit (ZnO), ve panrous oksit (Cu2O) - biyosital kaplamalarda komon malzemeleri.

Raman spektroskopi özellikle kalsiyum karbonat (kalcite) erken formasyon biçimini tespit etmek için etkilidir ve bu mineraller güçlü, keskin Raman bantları 218 cm -1, ancak bu bakır piritozu kullanarak farklı bir şekilde incelenebilir.

X-ray Photoelectron Spectroskop (XPS)

XPS (ayrıca ESCA olarak da bilinir – Kimyasal Analiz için Spektroskopu) bir yüzeye duyarlı bir tekniktir, bu da bir kaplamanın en üst 5-10 nm'sinin temel 5-10 nm'sini test etmek için kullanılır.

  • Yüzeysel biyoside elementlerin bakır, çinko ve silikon gibi konsantrasyonunu sayısal olarak sayısallaştırın.
  • Kimyasal ortamı belirler - örneğin, bakırın Cu (I) Cu2O veya Cu(II) Cu(OH)2'de olduğu gibi, biyolojik aktivite bakır türlerinin oxidasyon durumuna ve çözünürlükine bağlıdır.
  • Organik foulantların zenginliğini izleyin (C, N, O proteinlerden ve polisaccharides) biyofilmler olarak yüzeyde.
  • Yeni biyoside ortaya çıkarmak için yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş erode'nin ortaya çıkardığı “kendi-polishing” copolimer kaplamalarının etkinliğini değerlendirebilir. XPS, yüzeye yakın biyosilepletion profili gösterebilir.

XPS ultra yüksek bir vakum tekniği olduğundan, örnekler vakum altında kurutulmalıdır; bu, Cu 2p zirvesine ve Cu2O'nun en az atomik katmanlara dönüştürülmesini sağlarken, örneğin, birkaç ay boyunca organik aşırı dozlama aletlerinin varlığını ortaya koyar, genellikle Cu 2p toplayıcı ve daha yüksek çözünürlükte bir ısıtılabilir bir ısıtılabilir enerjide bir artış gösterebilir.

Enerji-Dispersive X-ray Spectroskopu (SEM-EDS) ile elektron Microscopy

SEM-EDS, yüzey morfolojinin elemental analiz ile yüksek çözünürlüklü görüntülemesini birleştirir. Anti-fouling kaplama değerlendirmesinde, kullanılır:

  • Biyosiyel parçacıkların dağılımını (örneğin, Cu2O, ZnO) polimer matrix içinde görselleştirmek.EDS bakır ve oksijen haritaları, parçacıkların eşit olarak dağılıp veya agred olup olmadığını ortaya koymaktadır.
  • Biattik tabakanın kalınlığını değerlendirmek için maruz kalan kaplama kesitini kontrol edin - biyosidenin tükendiği yüzeydeki bir bölge. Bu genellikle EDS hattı taramalarında bakır-deficient bölge olarak görülür.
  • Çelik organizmaların elemental kompozisyonunu tanımlayın - örneğin, barnacle kabuklarında kalsiyum ve fosforun varlığı veya diatom frustules'te silikon.
  • Yüzeyin (örneğin yakındaki yapılar veya tuz kristalleri) üzerindeki korozyon ürünleri veya inorganik kirleticiler.

EDS elemental haritalar, kaplama başarısızlarını hızlandırabilecek kadar sert bir kaplamanın parçası olarak, yüzeyden farklı mesafelerde kimyasal değişikliklerle ilişkili olarak aşırı derecede fazla olabilir.Intratsal nokta analizi (örneğin, %2, % Zn, % Si), yüzeyden farklı mesafelerde, bir kaplamanın derinliğini doğrudan kaldıran bir kaplamanın ortaya çıkarılması veya yüzeysel bir kaplamanın ortaya çıkarılması gibi, yüksek çözünürlükte bulunan küçük bir yüzeysel bir boyuta odaklanamaz.

Anti-fouling Kaplama Geliştirme ve Bakım Uygulamaları Uygulamaları

Yukarıda açıklanan spektroskopik teknikler izolasyonda kullanılmamıştır; genellikle kaplama koşullarını kapsamlı bir resim elde etmek için çok yönlü bir yaklaşımla birleştirilirler. Aşağıda üç temel uygulama alanını tartışıyoruz: kaplama bozulması, biyofouling direnç değerlendirme ve kaplama formülasyonları değerlendirme.

Takip Kaplama Zamandan Fazla Zamandan Çıkış

Anti-fouling kaplamalarının mezuniyeti birkaç eş zamanlı mekanizmayla oluşur: örneğin, bir öz-politika tahvilinin foto-oksit kaplamasının polimer arka kemiği, biyokitler leaching of biocides, and mekanik erozyon because to water hear or temizleme operations. Spectrooskopik izleme, mühendislere bu süreçleri nicel olarak takip etmesini sağlar. Örneğin, bir kendini-polishing kopolimer kaplama için tipik bir protokol içerebilir:

  1. [FONT-ATR, Raman ve XPS'yi kullanılmamış bir kaplama panelinde kullanarak)Baseline karakterizasyonu[[DÜT:1]
  2. [FONT:0)Periodik örnekleme Alan maruz kalma sırasında her 3-6 ay boyunca situ'da küçük bir test kuponu kullanılarak taşınabilir bir araç kullanarak yapılabilir, FTIR-ATR düz bir yüzey gerektirir ancak kaldırılabilir kuponlar yapılır.
  3. [FONT=0) Anahtar işaretleyicilerinin eklenmesi: FTIR'da, ester karbonil zirvesinin oranı (~1730 cm -1), 1450 cm'de C-H'nin konsantrasyonu - 1) yüzeyin devam ettiği veya leached olduğu gibi azalır.
  4. [FONT:0) Mekanik özelliklerle ilgili olarak: Spectral değişiklikler genellikle parlak kaybı, adhesion gücü ve geri kalan faydalı yaşamın tahmin edici bir modelini oluşturmak için film kalınlığı ile karşılaştırılabilir.

Bu tür veriler odaklı yaklaşımlar, koşul tabanlı bir bakım sağlar. Sabit bir kondüktöre bağlı bir programa başvurmak yerine, gemi operatörleri sadece spektroskopik göstergeler kaplamanın kritik bir eşiğe ulaştığını gösterir -örneğin, bakır konsantrasyonu% 1'in altında veya leached tabaka kalınlığı 50 μm'yi aştığında. Bu, gereksiz yere azaltıp toplam mülk maliyeti azaltır.

Direniş ve Erken Tespiti Değerlendirme

Biyofouling en erken aşaması, bir biyofilm (mikrofouling) için bir substrat olarak hizmet eden bir biyofilm (mikrofouling) oluşumudur. Bu film daha sonra görünür olduğundan önce bu uzun süre boyunca bu koşullu film tespit edebilir.

  • [FONT-ATR Bir marinada 1 saat boyunca bir kaplamaya maruz kalan bakterilerden 1150 cm -1 ve fosfat gruplarından oluşan amidi gösterebilirim.
  • [FONT:0)Raman haritalama[Dönetici:0][Dönetici:0) Raman, belirli alanlarda mikroalgae'nin yerleşmesini gösteren beta-carotene (a pigment in diatoms) dağılımını ortaya çıkarabilir.
  • [FONT:0]XPS [DÜT:1] 24 saat sonra bir kaplamanın bir parçası, biofilmden azot ve fosfor artış gösterdi ve alt kaplamadan metal sinyalleri azalttı.

Bu erken göstergeler, araştırmacıların biyolojik film oluşumuna karşı direnişleri için farklı kaplama formülasyonlarını ekranlarına izin verir.Bir haftadan sonra küçük bir banyo bandında en az artış gösteren bir kaplama, iyi foul-dönüşüm veya anti-settlement özelliklerine sahip olması muhtemeldir. Tersine, organik aşırı katmanların hızlı bir şekilde birikimine ihtiyaç duyan bir kaplama daha yüksek bir biyosi yüklemeye veya farklı bir yüzey enerjisine ihtiyaç duyabilir.Bu hassaslık seviyesi basit görsel inceleme veya kilo alma yöntemleri ile imkansızdır.

Analiz ötesinde, spektroskopi, biyofilm-köpektif etkileşimlerin kimyasını anlamaya yardımcı olur. Örneğin, bazı algler kaplama yüzeyi vs. kaplama yüzeyine sahip, prematüre serbest bırakılmasına yol açan, Raman ve IR bu özel bileşikleri tanımlayabilir, formülcülerin daha büyük kimyasal dirençle kaplamalarını tasarlamasını sağlar.

Spectroskop ile Optimizing Kaplama Formulations

Spektroskopik analiz, yeni anti-fouling kaplamalarının araştırma ve geliştirmesinde anahtar bir geri bildirim aracıdır.Anahtar kimya, biyocide tipi, pigment hacmi konsantrasyonu ve katkı paketi, formüller performansa bağlantı kurmak için spektral verileri kullanabilir. Örneğin:

  • [FONT:0)UV-Vis leaching deneyleri: Deney kaplamalarının Kuponları yapay deniz suyuna yerleştirilir ve ilk patlama olmadan uzun süreli salıverilen bir çözümün absorbe edilmesi günlük olarak ölçülmektedir.Bu, bakır pirithione gibi biyokitler serbest bırakmak için.
  • [FONT:0]FTIR tedavi izleme: [Dönetici sırasında, izotorik zirvenin ortadan kaybolması (~2270 cm -1) poliurethane kaplamalarında tam bir tedavi kaplamanın boyutlarını gösterir. Tamamen tedavi edilen bir kaplamanın mekanik özellikleri ve daha yavaş biyoside leaching sağlar. Spectrooskopik doğrulama, topludan topludan topluca toparlanabilirlik sağlar.
  • [FONT:0]Raman dağıtım haritasını haritaladı: Biyokitler zayıf dağılımı yerelleştirilmiş leached bölgelere ve erken fouling. Raman yüksek çözünürlüklü Cu2O parçacıklarının haritalarını üretebilir; üniformalı bir dağıtım ile bir formül (narrow parçacığı boyutu, aggregasyon) düzgün bir leaching ve daha uzun alan performansı ile ilişkili.

Daha da önemlisi, spektroskopi, antik boyama kaplamalarının çevresel kaderini incelemek için de kullanılır. FTIR ve XPS, liman alanlarının yakınında sedi polimer parçalarının varlığını tespit edebilir, kaplama aşınmasının ekolojik etkisini değerlendirmeye yardımcı olabilir.

Gelişmiş ve Gelişen Spectrooskopik Teknikler

Anti-fouling kaplamaları talepleri büyüdükçe - daha uzun hizmet aralıkları, daha düşük çevresel toksisite ve enerji tasarrufu hull kaplamaları ile uyumluluk -spectrooskopik yöntemler gelişmeye devam ediyor. Birkaç gelişmiş teknik şimdi araştırmada uygulanır ve ticari dağıtıma doğru hareket etmektedir.

Zaman-Flight Secondary Ion Mass Spectrometri (ToF-SIMS)

ToF-CIS, biyofilmlerden elemental ve moleküler bilgiler sağlar ve daha sonra dağıtımını haritalarken, elektromanyetik radyasyondan ziyade bir “spektrobik” olarak kullanır ve yüzey analizinde XPS ve Raman ile sık sıkılır.To-SIMS biyosilan Econea® (tralopy) ile çok erken bir şekilde bir "spektroskopik" kombinasyonu kullanılır.

YakınInfrared (NIR) Spectroskop

NIR (780-2500 nm) Ortamdaki sonlar ve C-H, O-H ve N-H bağlarının kombinasyonlarını kullanarak, portatif NIR aletlerine kıyasla daha derin bir penetrasyon sunar ve fiber optik problar orta büyüklükteki kaplamalar için test edilebilir.

Hiperspectral Görüntüleme

Hiperspectral görüntüleme, dijital görüntüleme ile spektroskopi birleştirir, bir görüntüdeki her piksel için bir "data küp" üreterek, bu teknik hala laboratuvar denemelerinde ortaya çıkar ve rutin bir bünlü aracı tarayabilir.

Tip-Enhanced Raman Spectroskop (TERS)

TERS, bir nano ölçekli bölgeden Raman sinyalini basitleştirmek için bir plazonik AFM ipucu kullanır (10-20 nm). Tek bakteri hücrelerinin veya bireysel biyoside parçacıkların bir kaplama içinde incelenmesine izin verir.

Spektroskopik Analizleri Uygulamalı

Deniz mühendisliği ortamında spektroskopik teknikleri benimsemek, örnek hazırlık, araç kalibrasyonu ve veri yorumlaması için dikkat gerektirir. Anahtar kılavuzlar şunları içerir:

  • [FONT:0]Sampling tutarlılık: [Dönetici:[Dönetici:0) Her zaman aynı yeri analiz eder (eğer mümkünse, işaret testi alanları) zamanla değişiklikleri takip eder. Alan örneği için, küçük kuponları kesmek (örneğin, 10 cm × 10 cm) panellerden veya hull bölümlerinden.
  • [FONT:0]Surface temiz hatları:[Dönetici:[Dönetici] Çünkü spektroskopi yüzeysel olarak hassas, temiz tuzlu tuzları ve pisliği kaldırmak için yumuşak bir su ile nazikçe yıkanır, sonra nazik bir azot akışı altında kurur.
  • [FONT:0)Background referansı: [Döntgen: [Döntgen: 0,0)[[0]) FTIR-ATR için, kaplamanın temiz, kullanılmamış bir kısmı veya referans materyali üzerinde bir standart (örneğin, silikon wafer) kullanın.
  • [[Dönemli analiz:[Dönemli analizler:[Dönetici:0) Çok değişkenli analizler: [FONTD) Temel bileşen analizi (PCA) birçok örnekle büyük ölçekli izleme programları için özellikle yararlıdır.
  • [FONT=0)Complementary methods:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici])))))) Hiçbir tek bir teknik tüm hikayeyi anlatıyor.

Vaka Çalışmaları

Vaka Çalışması: Bir Silikon Foul-Release Kaplamasını Bir Feribot Üzerinde Takip Etmek

Doğulu bir feribot, 18 ay boyunca, Raman spektroskopinin 1085 cm'de faaliyet gösteren bir kıyı feribotu uygulandı - calcite (CaCO3), bu grupların yoğunluğu, ROV video ile ilişkili olduğu tahmin edilen kapsama alanıyla ilişkili olarak, calcite Raman spektroskopu 1085 cm -1 ve 712 cm -1, calcitenin 10. cm'lik karakteristik özelliği, barnacles'tan beklenen 10.

Vaka Çalışması: Biocide Leaching in a Self-Poing Copper-Acrylate Kaplama

Bir laboratuvarda, bir ticari kendini-politika kaplama testi, XPS ve SEM-EDS, 12 ay boyunca leached tabaka kalınlığını takip etmek için kullanılmıştır. XPS, Cu 2p'in 12 aydan sonra 12'ye kadar bir düşüş gösterdi, çünkü kaplamanın başına bir koncurrent artış gösterdi, o 1s'te sağlanmış polimerin ortaya çıkışında sabit bir şekilde bir miktar daha ortaya çıktı.

Future Yol Tarifi

Spektroskopinin diğer algılayıcılarla entegrasyonu, performanstan önce temizleme veya yeniden şekillendirme ihtiyacının artması muhtemel. Ek olarak, büyük miktardaki depolarda eğitim gören makine öğrenme algoritmaları, uygulama alanlarının otomatik sınıflandırmasını sağlayacaktır.Bu tür “akıllı kaplamalar”, bu kaplamaların aynı zamanda biyosiyel serbest bırakılması için gerekli olan sınırların arttırılmasına yönelik bir rol oynayabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Spektroskopik teknikler, anti-fouling kaplamalarının deniz mühendisliğinde değerlendirilmesinde pratik cihazlara geçiş yaptı. UV-Vis, FTIR, Raman, XPS ve SEM-EDS her biri benzersiz öngörüler sağlar - spekülatif biyo-konomiktroskopik cihazlardan yüzeysel kimya ve elemental dağıtıma kadar, kaplama yaşam döngüsü boyunca sistematik olarak uygulanan işlemlerde (formasyon, uygulama, hizmet ve yenileme) daha fazla uygulama yöntemine sahip olur.

[0]Dış kaynakları ve daha fazla okuma:[Dönem:0)[Dönemli kaynaklar:

  • [FONT:0)IMO – Anti-fouling Systems).
  • [FONT:0) BilimDirect - Anti-fouling kaplamalar genel bakış).
  • [0]Wikipedia - Fourier-transform kızılötesi spektroskopi[Dönemli: 1)
  • [FONT=0)Wikipedia - Raman spektroskopi).
  • [FONT:0) BilimDirect - X-ray fotoelectron spektroskopi[Döntme: 1)
  • [FONT=0) BilimDirect - Enerji-dispersive X-ray spektroskopi).