ट्रांसफॉर्मर तेल की एक बूंद 60 सेकंड में इंसुलेशन की उम्र बढ़ने का पता कैसे लगा सकती है? प्लास्मोनिक रमन सेंसर से ट्रेस मेथनॉल संवेदन

चोंगकिंग, चीन।

क्या होगा अगर ट्रांसफॉर्मर तेल की एक बूंद आपको बता सके कि इंसुलेशन ठीक कब बूढ़ा होना शुरू होता है? यह सवाल अब और भी व्यावहारिक हो गया है। एक शोध दल ने रमन-आधारित संवेदन विधि विकसित की है जो ट्रांसफॉर्मर तेल में ट्रेस मेथनॉल का पता लगभग 60 सेकंड में लगा लेती है। इसके लिए सिर्फ तेल की एक बूंद चाहिए और कोई प्रयोगशाला पूर्व-उपचार नहीं करना पड़ता।

पावर ट्रांसफॉर्मर एक अदृश्य बोझ उठाते हैं। वर्षों की गर्मी, ऑक्सीजन, नमी और विद्युत तनाव के कारण वाइंडिंग के चारों ओर लिपटा कागज इंसुलेशन धीरे-धीरे खराब होता है। सेल्यूलोज की श्रृंखलाएं छोटी हो जाती हैं। यांत्रिक मजबूती कमजोर पड़ती है। विफलता का खतरा चुपचाप बढ़ता है। मेथनॉल उस क्षति के शुरुआती रासायनिक संकेतों में से एक है। यह तब बनता है जब सेल्यूलोज में 1,4-β-ग्लाइकोसिडिक बंध टूटते हैं। इसलिए ट्रांसफॉर्मर तेल में इसकी मौजूदगी एक शुरुआती जैव रासायनिक चेतावनी की तरह काम करती है।

अधिकांश प्रयोगशालाएं मेथनॉल का पता हेडस्पेस गैस क्रोमैटोग्राफी या मास स्पेक्ट्रोमेट्री से लगाती हैं। ये उपकरण बेहद सटीक और चयनात्मक होते हैं। लेकिन इनके लिए सावधानीपूर्वक नमूना तैयार करना, हेडस्पेस संतुलन, निष्कर्षण और काफी समय चाहिए होता है। रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी तरल नमूनों से सीधा आणविक फिंगरप्रिंट देती है। तेल में मेथनॉल मापने के पिछले प्रयासों में अक्सर संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए निष्कर्षण, ऑक्सीकरण, व्युत्पन्नीकरण या फेज ट्रांसफर की जरूरत पड़ती थी। जटिल तेल मैट्रिक्स में ट्रेस मेथनॉल का सीधा पता लगाना एक खुली चुनौती बना हुआ था।

यह नया तरीका समीकरण बदल देता है। शोध दल ने फोटोलिथोग्राफी, इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज्मा एचिंग, सिल्वर-असिस्टेड मेटल-असिस्टेड केमिकल एचिंग और गोल्ड डिपोजिशन की मदद से एक पदानुक्रमित सोने-लेपित सिलिकॉन सब्सट्रेट बनाया। तैयार सतह में सूक्ष्म खांचों के अंदर घने सिलिकॉन नैनोवायर होते हैं। ये सब पतली सोने की परत से ढके होते हैं। यह संरचना प्रकाश को फंसाती है और नैनोवायरों के आसपास प्लास्मोनिक क्षेत्रों को केंद्रित करती है। इससे कमजोर रमन संकेतों को मजबूत बढ़ावा मिलता है। रोडामाइन 6G के साथ परीक्षण में 10⁻¹³ मोल/लीटर जैसी कम सांद्रता पर भी विशिष्ट संकेत दिखाई देते रहे। पोर्टेबल सेटअप के लिए संवेदनशीलता का यह स्तर उल्लेखनीय है।

638 नैनोमीटर पर काम करने वाले पोर्टेबल फाइबर-ऑप्टिक रमन सिस्टम से टीम ने मेथनॉल की मुख्य स्पेक्ट्रल विशेषताओं को 1034, 1453, 2850 और 2945 सेमी⁻¹ के आसपास पहचाना। उन्होंने 1034 सेमी⁻¹ पर सी-ओ स्ट्रेचिंग कंपन को विश्लेषणात्मक शिखर के रूप में चुना। इसका कारण यह है कि यह मेथनॉल के लिए विशिष्ट है और ट्रांसफॉर्मर तेल के हाइड्रोकार्बन शोर से दूर रहता है। मेथनॉल मिलाए गए ट्रांसफॉर्मर तेल में यह बैंड साफ दिखा। वहीं खाली तेल, नंगे सिलिकॉन, सोने की फिल्म और सब्सट्रेट में यह नहीं दिखा। इससे पुष्टि हुई कि मेथनॉल का फिंगरप्रिंट तेल मैट्रिक्स के अंदर भी दिखाई देता है।

संवेदन का प्रदर्शन एक साफ और अनुमान लगाने योग्य पैटर्न पर चलता है। ट्रांसफॉर्मर तेल के नमूनों में 10, 50, 100, 200 और 400 μL/L की मात्रा में मेथनॉल मिलाया गया। 1020 से 1050 सेमी⁻¹ की सीमा में बेसलाइन सुधार और गाऊसी शिखर फिटिंग के बाद 1034 सेमी⁻¹ बैंड का फिट क्षेत्र मात्रा के साथ रैखिक रूप से बढ़ा। निर्धारण गुणांक 0.9742 रहा। किसी भी अधिशोषण संवर्धन, तेल-गैस पृथक्करण या रासायनिक निष्कर्षण का उपयोग नहीं किया गया। सब्सट्रेट पर सिर्फ एक बूंद लगाई गई। रमन अधिग्रहण में 30 सेकंड लगे। पूरी माप लगभग 60 सेकंड में पूरी हो गई।

सेंसर तापमान में बदलाव को भी अच्छी तरह संभालता है। −80 से 50 डिग्री सेल्सियस तक मेथनॉल की विशिष्ट बैंड पहचानने योग्य रहीं। केवल शिखरों में हल्की हलचल हुई। तापमान बढ़ने पर 1034 सेमी⁻¹ का सी-ओ स्ट्रेच थोड़ा ब्लू शिफ्ट हुआ। वहीं 1453 सेमी⁻¹ के सीएच₃ विरूपण में हल्का रेड शिफ्ट देखा गया। असली मैदानी परिस्थितियों में तापमान-सुधारित मात्रात्मक मॉडल बनाने के लिए यह उपयोगी जानकारी है। वहां ट्रांसफॉर्मर तेल का तापमान भार और मौसम के साथ बदलता है।

यह काम ट्रांसफॉर्मर ऑयल-पेपर इंसुलेशन की तेज, ऑन-साइट और गैर-विनाशकारी जांच को काफी करीब लाता है। तेल की एक बूंद को सीधे रमन-संवर्धक सब्सट्रेट पर रखकर विश्लेषण किया जा सकता है। इससे प्रयोगशाला के नतीजों का इंतजार किए बिना शुरुआती चेतावनी मिल जाती है। सब्सट्रेट की ज्यामिति और हॉटस्पॉट एकरूपता को और बेहतर बनाकर, असली पुराने ट्रांसफॉर्मरों पर परीक्षण करके और क्रोमैटोग्राफिक तरीकों से क्रॉस-चेक करके इस अवधारणा-प्रमाण को एक कॉम्पैक्ट अर्ध-इन-सीटू मॉनिटर में बदला जा सकता है। प्लास्मोनिक सब्सट्रेट को फाइबर-ऑप्टिक जांच और पोर्टेबल स्पेक्ट्रोमीटर के साथ जोड़ने से मेथनॉल-आधारित इंसुलेशन उम्र मूल्यांकन अंततः पावर ग्रिड रखरखाव का नियमित हिस्सा बन सकता है।

मेथनॉल बोल रहा है। यह रमन सेंसर सुन रहा है। ग्रिड को चालू रखने वाले लोगों के लिए यह बातचीत जल्द ही ट्रांसफॉर्मर के पास ही हो सकती है। एक बार में एक बूंद के साथ।