ΓΕΝΙΚΑ
Το μάθημα εστιάζει στην επιλογή και εφαρμογή ενόργανων μεθόδων ανάλυσης στην παρακολούθηση φυσικών ή χημικών διεργασιών σε πραγματικό χρόνο (on-line, real-time monitoring). Εστιάζει δηλαδή στο πώς θα συνδεθεί ένα αναλυτικό χημικό όργανο με ένα χημικό αντιδραστήρα ή με μια γραμμή τροφοδοσίας/απομάκρυνσης προϊόντος αντιδραστήρα και θα παρακολουθεί ποιοτικά και ποσοτικά την διαδικασία σε πραγματικό χρόνο. Επίσης ασχολούμαστε και με την εφαρμογή ενόργανων αναλυτικών οργάνων στην παρακολούθηση χημικών διαδικασιών, που συμβαίνουν εκτός εργαστηρίου, και για τις οποίες χρειάζεται επιτόπου (on-site) μέτρηση σε πραγματικό χρόνο όπως για παράδειγμα σε περιπτώσεις περιβαλλοντικών μετρήσεων ή χημικού ατυχήματος. Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις χρειάζονται ταχύτατες, συνεχείς μετρήσεις με ρυθμούς από λίγα δευτερόλεπτα μέχρι κάθε λίγα λεπτά. Στις εφαρμογές αυτές απαιτούνται όργανα ειδικών προδιαγραφών.
Οι εκπαιδευτικοί στόχοι του μαθήματος περιλαμβάνουν:
1) Την επαγγελματική κατάρτιση των σπουδαστών
2) Την οργάνωση και εκτέλεση έργου (project) σχετικού με το μάθημα
3) Την ομαδική εργασία
ΠΩΣ ΓΙΝΕΤΑΙ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ
Το μάθημα περιλαμβάνει παραδόσεις από τη θεωρία της αναλυτικής χημείας πραγματικού χρόνου και περιλαμβάνει projects που ανατίθενται σε ομάδες σπουδαστών. Το κάθε project αναφέρεται σε μια συγκεκριμένη βιομηχανική εφαρμογή ή εφαρμογή πεδίου. To project τρέχει παράλληλα με το μάθημα και τις διάφορες φάσεις του τις συζητάμε κάθε βδομάδα παράλληλα με το μάθημα. Το project είναι και βιβλιογραφικό αλλά πολλά καθοδηγούνται από το μάθημα. Για παράδειγμα όταν διαμορφώνουμε τις προδιαγραφές της μεθόδου που θα επιλέξουμε τις διατυπώνουμε με βάση το αντίστοιχο κεφάλαιο του μαθήματος και τις διευκρινίζουμε στις εβδομαδιαίες συναντήσεις. Άλλο παράδειγμα όταν πρόκειται να αγοράσουμε το αναλυτικό όργανο για την συγκεκριμένη βιομηχανική ή περιβαλλοντική εφαρμογή τότε τα στοιχεία κόστους προσπαθούμε να τα βρούμε κατευθείαν από τους αντιπροσώπους των αναλυτικών οργάνων. Τα στοιχεία κόστους για τα όργανα, τα αναλώσιμα, το κόστος λειτουργίας και συντήρησης δίνονται επίσης στις εβδομαδιαίες συναντήσεις του μαθήματος. Στο μάθημα δίνουμε γενικές οδηγίες για το πώς να υπολογίσουμε το κόστος. Μπορεί να δοθούν πειραματικά δεδομένα για επεξεργασία και αυτό εξαρτάται από το project. Για παράδειγμα αν συγκεντρώνεται ένας μεγάλος αριθμός μετρήσεων ανά ημέρα στην εφαρμογή, τότε χρειάζεται ειδική επεξεργασία των μετρήσεων για να μπορούν να αξιοποιηθούν. Στο μάθημα παρουσιάζουμε τις μεθόδους για την επεξεργασία ογκωδών δεδομένων και δίνουμε τέτοια δεδομένα για επεξεργασία ως μέρος του project. O βαθμός του σπουδαστή βγαίνει από την παρουσίαση (προφορική και γραπτή) του project.
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
1. Εισαγωγή στην αναλυτική χημεία πραγματικού χρόνου
2. Το λεξικό των όρων
3. Μεθοδολογία διαχείρισης έργου
4. Πρώτο επίπεδο χημικής ανάλυσης πραγματικού χρόνου: Απλοί Χημικοί αισθητήρες
5. Δεύτερο επίπεδο χημικής ανάλυσης πραγματικού χρόνου: Σύνθετοι χημικοί αναλυτές
6. Παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο Χημικών Διεργασιών
7. Παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο Φυσικών Διεργασιών
8. Ανάλυση πεδίου/Ασύρματες επικοινωνίες
9. Βαθμονόμηση και Διακρίβωση οργάνων
10. Προδιαγραφές και αγορά οργάνων χημικής ανάλυσης πραγματικού χρόνου
11. Συντήρηση οργάνων
12. Χημειομετρία
13. Λογισμικό
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ
1. Φορητός αναλυτής αερίων: βαθμονόμηση και μέτρηση στο πεδίο.
2. Εφαρμογή Principal Component Analysis ( PCA) σε αναλυτικά δεδομένα με χρήση του λογισμικού Unscrambler.
3. Ανάπτυξη μοντέλου πολυπαραμετρικής βαθμονόμησης αναλυτικού οργάνου με χρήση του λογισμικού Unscrambler.
PROJECTS 2020-2021
1. Παρακολούθηση σύστασης αερίου τροφοδοσίας σε διεργασία παραγωγής αιθυλενίου.
2. Παρακολούθηση σύστασης αερίου τροφοδοσίας σε διεργασία παραγωγής αμμωνίας.
3. Παρακολούθηση ομοιογενοποίησης και καλής ανάμιξης σε διεργασία παραγωγής πολυβιταμινούχων σκευασμάτων.
4. Παρακολούθηση διεργασίας κομποστοποίησης του οργανικού κλάσματος οικιακών απορριμμάτων.
5. Παρακολούθηση συγκέντρωσης σωματιδίων καπνού σε μεγάλες δασικές πυρκαγιές.
6. Ανίχνευση διαρροής σε αγωγούς φυσικού αερίου
7. Έλεγχος σύστασης αέρα σε κτίρια που έχουν καταρρεύσει.
8. Σενάριο πυρκαγιάς σε διυλιστήριο/καύση μεγάλου όγκου βενζίνης και προϊόντων πετρελαίου.
ΠΡΟΣΚΕΚΛΗΜΕΝΟΙ ΟΜΙΛΗΤΕΣ
Στα πλαίσια της εξωστρέφειας του μαθήματος ειδικοί επιστήμονες με εμπειρία στο αντικείμενο του μαθήματος προσκαλούνται για παρουσίαση επιλεγμένων θεμάτων.
Ομιλητές για το 2020-2021:
1. Αλέξανδρος Χατζηγάκης, Υπ/δντή Ψηφιακού Μετασχηματισμού, Δν/ση Απόδοσης και Εξέλιξης Διυλιστηρίων, Ελληνικά Πετρέλαια, θέμα ομιλίας “Ποιοτικός Έλεγχος της Παραγωγής Βιο-Βενζινών σε Αληθινό Χρόνο, με on-line Αναλυτές: Ευκαιρίες από την εφαρμογή Χημειομετρικών Τεχνικών”
2. Μιχαήλ Χάλαρης, Επίκουρος Καθηγητής ΔΙΠΑΕ-Υποστράτηγος Πυροσβεστικού Σώματος (ε.α), θέμα ομιλίας «Ανίχνευση και δειγματοληψία στο πεδίο σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης»
3. Ευστάθιος Σιάνος, Δρ. Χημικός Μηχανικός, Agilent Technologies Field Service Engineer – Atomic Spectroscopy / Bavaria - Austria θέμα ομιλίας « Αναλυτικά συστήματα, υπολογιστές, δίκτυα – ένας ολοκληρωμένος επιστημονικός κόσμος: Μια ανασκόπηση των εμπορικά διαθέσιμων λύσεων ».
4. Αγάπιος Αγαπίου, Επίκουρου Καθηγητή Τμήματος Χημείας, Πανεπιστήμιο Κύπρου θέμα ομιλίας «Η σημασία της ανίχνευσης των ενώσεων μικρού μοριακού βάρους».
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
1. Agapiou, A., Vamvakari, J. P., Andrianopoulos, A., & Pappa, A. (2016). Volatile emissions during storing of green food waste under different aeration conditions. Environmental Science and Pollution Research, 23(9), 8890-8901.
2. Vamvakari, J., Mikedi, K., Pallis, G. C., Zorba, E., & Pappa, A. (2015). A preliminary study of a novel mass spectrometry based system for monitoring gases and VOCs evolved during composting of green kitchen waste. Analytical Methods, 7(15), 6243-6250.
3. Agapiou, A,, Vasileiou, A,, Stylianou, M., Mikedi, K.,& Zorpas, A. A. (2020). Waste aroma profile in the framework of food waste management through household composting. Journal of Cleaner Production, 257, 120340.
4. Tzamtzis, N., Karma, S., Pappa, A., & Statheropoulos, M. (2006). On-line monitoring of pine needles combustion emissions in the presence of fire retardant using a “thermogravimetry (TG)-bridge/mass spectrometry method”. Analytica chimica acta, 573, 439-444.
5. Statheropoulos, M., Pappa, A., Karamertzanis, P., & Meuzelaar, H. L. C. (1999). Noise reduction of fast, repetitive GC/MS measurements using principal component analysis (PCA). Analytica Chimica Acta, 401(1-2), 35-43.
6. Statheropoulos, M., & Mikedi, K. (2001). PCA–ContVarDia: an improvement of the PCA–VarDia technique for curve resolution in GC–MS and TG–MS analysis. Analytica chimica acta, 446(1-2), 351-368.
7. Statheropoulos, M., Vassiliadis, N., & Pappa, A. (1998). Principal component and canonical correlation analysis for examining air pollution and meteorological data. Atmospheric environment, 32(6), 1087-1095.
8. Statheropoulos, M., Mikedi, K., Agapiou, A., Georgiadou, A., & Karma, S. (2006). Discriminant analysis of volatile organic compounds data related to a new location method of entrapped people in collapsed buildings of an earthquake. Analytica Chimica Acta, 566(2), 207-216.
9. Statheropoulos, M., & Goldammer, J. G. (2007, May). Vegetation fire smoke: Nature, impacts and policies to reduce negative consequences on humans and the environment. In Proceedings of 4th International Wildfire Conference, Sevilla (pp. 14-17).
10. Statheropoulos, M., & Karma, S. (2007). Complexity and origin of the smoke components as measured near the flame-front of a real forest fire incident: A case study. Journal of Analytical and applied pyrolysis, 78(2), 430-437.