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Infrarot & Raman Spektroskopie

 

Ihr Ansprechpartner: Markus Brandstetter


Einführung

Unter dem Sammelbegriff Infrarot-Spektroskopie sind Messmethoden zusammengefasst, welchen die Interaktion von Infrarot (IR)-Strahlung mit dem zu untersuchenden Medium zugrundeliegt. Die Forschungsaktivitäten bei RECENDT gliedern sich auf diesem Gebiet in einen anwendungsorientierten sowie einen grundlagenorientierten Forschungsbereich. Die IR-spektroskopische Messmethode ist ein im chemischen Laborumfeld etabliertes Messverfahren. Der Einsatz der IR-Spektroskopie zur Inline-Überwachung von Prozessen im industriellen Umfeld erfordert jedoch immer noch entsprechendes technisches Know-How, welches im Zuge von anwendungsorientierten Forschungsprojekten gemeinsam mit Firmenpartnern für die jeweilige Problemstellung erarbeitet wird. Speziell auf dem Gebiet der Inline-Überwachung konnten in den letzten Jahren viele Kooperationsprojekte erfolgreich abgewickelt werden, wobei die Unternehmensgröße der Projektpartner von KMUs bis hin zu internationalen Unternehmen reicht.

Anwendungsorientierte Forschung

Die (Nah-)Infrarot-Spektroskopie als berührungslose und zerstörungsfreie Messmethode stellt in vielen Anwendungsbereichen eine leistungsstarke, inline-fähige Systemlösung dar. Grundsätzlich wird das (N)IR-Signal dieses optischen Messverfahrens vom molekularen Aufbau des Messmediums bestimmt, so dass man Zugang zu unzähligen prozessrelevanten chemischen Parametern wie etwa Stoffkonzentrationen, Mischungszusammensetzungen und/oder Reaktionsfortschritt (z.B. Aushärtung von Lacken) erhält. Jedoch können auf diesem Weg auch viele relevante physikalische Parameter, wie etwa Dichte oder Leitfähigkeit bestimmt werden, die sich indirekt aus dem chemischen Aufbau der Probe ableiten lassen. Aufgrund der Komplexität der chemischen Zusammenhänge werden modernste mathematische Algorithmen (Chemometrie) als Werkzeuge zur vollautomatischen Auswertung der (N)IR-Messdaten eingesetzt. Auf diese Weise lässt sich aufgrund von hoher Messgeschwindigkeit (bis zu 50 Messungen/Sekunde) und der Tatsache, dass mit einer Messung alle bestimmbaren Parameter gleichzeitig erfasst werden können, viele relevante Prozessgrößen praktisch in Echtzeit überwachen.

Inline-Prozesskontrolle/ Qualitätssicherung in Flüssig- und Gasphase 

Die Inline-Analyse bietet Zugang zu detailliertem Wissen über Prozessvorgänge in den meisten industriellen (chemischen) Prozessen. Der Messort selbst wird mittels (Quartz-) Lichtleitfasern und entsprechenden Sonden erschlossen, sodass sich der Aufstellungsort des Messgeräts nicht an der Messstelle befinden muss, sondern sich auch räumlich getrennt (etwa außerhalb kritischer Ex-Schutzbereiche) in 100 Metern Entfernung liegen kann. Eine Vielzahl verfügbarer Messsonden erlaubt schließlich das Untersuchen von Proben in sowohl fester, flüssiger als auch gasförmiger Form in unterschiedlichsten Phasen des Produktionsprozesses.

Inline-Prozesskontrolle/ Qualitätssicherung an Oberflächen

Für flüssige und gasförmige Medien existiert eine große Auswahl von kommerziellen Messonden, welche in Verbindung mit geeigneten konstruktiven Maßnahmen nahezu jede Messposition in einem Prozess ermöglichen. In einigen Anwendungen ist jedoch die Messung mit Standardsonden nicht möglich. Hierfür stellen RECENDT einen kompetenten Partner zu Entwicklung des kompletten optischen Setups dar. Dies kann etwa bei der Untersuchung von Oberflächen (Schichtdickenbestimmung, Aushärtungsgrad von Lacken,…) im industriellen Prozess der Fall sein.

Wenn das Messmedium nur eine Oberflächenmessungen zulässt, so kann bei geeigneten (homogenen) Materialien oft auch ein Rückschluss auf das gesamte Material gezogen werden.

IR-Technologie im industriellen Umfeld

Eine Vielzahl von messtechnischen Aufgaben kann mittels IR-Technologie gelöst werden, wobei in einigen Situationen der Einsatz hochtechnologischer spektroskopischer Methoden vermieden werden kann. Durch den Einsatz geeigneter Technologien kann für die spezifische Anforderung der jeweiligen Problemstellung ein optimaler Lösungsansatz entwickelt werden. Hierfür stellt der Bereich IR-Spektroskopie der RECENDT aufgrund der jahrelangen Erfahrung im Umgang mit diversen IR-Komponenten (Quelle, Optik, Detektion) einen kompetenten Projektpartner dar. Beispielsweise kann mit der vorhandenen Pyrometer-Technologie berührungslose Temperaturmessung in industrieller Umgebung auf deren Anwendbarkeit untersucht werden.

Im Bereich der IR & Raman Technologie werden kontinuierlich hochstehende Messmethoden auf deren Potential bezüglich des Einsatzes zur Prozessüberwachung evaluiert. Beispielsweise wird in der klassischen IR-Spektroskopie der Polarisationszustand völlig vernachlässigt, was speziell bei bestimmten Anwendungen an Oberflächen eine deutliche Erhöhung der Empfindlichkeit verhindert.


 

Nähere Informationen zu dieser Technologie finden Sie in unseren Projektenblätter IR und IR-PSIP!


 




Anwendungsbeispiele:



 

PAC - Das Forschungsnetzwerk

Mit Prozessanalytischen Technologien (z.B. Infrarotspektroskopischen Methoden) lassen sich chemische Prozesse inline überwachen und punktgenau regeln - und dadurch optimieren.
Wir forschen seit 2010 intensiv an diesem Thema und sind gerne Ansprechpartner für das gesamte Forschungsnetzwerk PAC - www.k-pac.at.


Prozessanalytik & Prozessoptimierung

Auch in der Lebensmittelproduktion laufen (Bio-)chemische Prozessschritte ab, zum Beispiel hier in der Bierproduktion.
Wir helfen Ihnen mit unserer Kompetenz in der Anwendung Prozessanalytischer Methoden, z.B. aus vielen Bereichen der Spektroskopie, Ihre Prozesse abzusichern und zu optimieren!


 

Spektroskopische Bildgebung

Die spektroskopische Kontrolle von chemischen Zusammensetzungen, z.B. von Tabletten kann mit unterschiedlichen Technologien (NIR, MIR, Raman, THz) erfolgen. Dabei ist auch die ortsaufgelöste Spektroskopie möglich - und Sie erhalten ein klares Bild über die API-Verteilung im Produkt!


 

Prozessoptimierung für Batch-Prozesse oder Konti-Prozesse

Durch exakte Kenntnis der momentanen Zustände in einem Batch-Reaktor oder in einem kontinuierlichen Prozess lassen sich die Prozesse exakt steuern und eventuell nötige Temperaturreserven oder zeitliche Reserven im Prozess einsparen. Diese Energieeinsparungen bringen deutliche Gewinne, die eine rasche Amortisation derartiger Prozessoptimierungen bringen. Unsere Spektroskopie-Experten beraten Sie gerne!



Point-of-Care - Diagnostik für Blut und Harn

Durch den Einsatz spektroskopischer Methoden können hocheffiziente Analysemethoden realisiert werden, um in Blut- oder Harnproben schnell verschiedenste klinische Parameter unter Point-of-Care (POC) Bedingungen zu bestimmen. Das erspart eine oft zeitraubende Laboranalytik und kann beim Einsatz moderner Technologien außerdem ermöglichen, mit geringsten Flüssigkeitsmengen bereits verlässliche Messungen zu realisieren. Somit eignen sich derartige Ansätze für die Anwendung in der Intensivmedizin und Pädiatrie / Neonatologie oder auch für den Vorort-Einsatz für Notärzte.


Point-of-Care - Diagnostik maligner Hautveränderungen (in-vivo)

Eine sofortige Befundung von Hautveränderungen kann durch den Einsatz moderner Technologien - im Idealfall durch die Kombination mehrerer Methoden - realisiert werden: so kann z.B. mittels berührungsloser Infrarot- oder Ramanspektroskopie ein spektraler/chemischer Fingerprint von Hautveränderungen erstellt werden, mittels Optischer Kohärenztomographie (OCT) werden mikrostrukturelle Hautveränderungen dargestellt.


 

Spektroskopie in der Produktenwicklung, Produktion und QS

Für die Produktionsüberwachung / Qualitätsüberwachung oder auch für die Produktentwicklung können spektroskopische Technologien (NIR, MIR, Raman, THz) eine wesentliche Rolle spielen. Diese Verfahren bieten die Möglichkeit, ohne Probenvorbereitung und ohne aufwändige Laboranalysen sehr präzise Messwerte zu Mischungsverhältnissen, Zusammensetzungen, Bestandteilen, Reaktionsfortschritten und ähnlichen chemischen Informationen zu erhalten. Derartige Echtzeit-Messwerte stellen eine optimale Basis für Ihre Prozessoptimierung dar!


 





Saatgut

Wenn Sie sich täglich mit hochwertigem Saatgut beschäftigen, dann beschäftigen wir uns gerne gemeinsam mit Ihnen mit Fragestellungen wie:

  • Berührungslose Bestimmung der Restfeuchte
  • Quantitative & Qualitative Bestimmung der Inhaltsstoffe von Saatgut: z.B. Proteine, Kohlenhydrate (Zucker, Stärke) usw.
  • Untersuchung der Inkrustierung und Pillierung
  • Beurteilung der Vitalität und der Keimfähigkeit
  • Bodenuntersuchung (Phosphate, Nitrate, …) 
  • Ausgasungen des Saatguts (z.B. während Lagerung) liefern möglicherweise Information über den Zustand und ev. Schädigungen (z.B. Pilzbefall)

Fragen Sie unsere Experten aus dem Fachbereich Spektroskopie!






Backwarenerzeugung

Im Fachbereich der Backwarenerzeugung stellen sich unsere Spektroskopie-Experten unter anderem die folgenden Fragen:

  • Eingangskontrolle von Rohmaterialien
  • Kontrolle von Mischungen, Inhaltsstoffen, …
  • Kontrolle der Homogenität von Teig in div. Prozessschritten
  • Charakterisierung und Prozessabsicherung in Coating-Prozessschritten
  • Multimodale Untersuchungen zur Kristallisation von Schokolade
  • Online-Prozessoptimierung auf Basis von Eingangskontrollen (Messung der Raw-Material-Variability) und Prozessmodellierung
  • Fremdkörperdetektion: auch nicht-metallische Fremdkörper können mittels THz-Scan aufgespürt werden…
  • Detektion von Bruch (z.B. gebrochene Kekse in der verkaufsfertigen, verschlossenen Verpackung)



Fleischwarenproduktion / Fleisch- und Wurstverarbeitung

Auch die Fleischwarenproduktion / Fleisch- und Wurstverarbeitung stellt ein großes Betätigungsfeld für unsere Spektroskopie-Arbeitsgruppe dar.

Sind folgende Fragestellungen möglicherweise auch für Sie interessant?:
  • Sind die Arbeitsflächen absolut sauber? - Bilden sich irgendwo Biofilme?
  • Wie ist die Qualität eines Fleischstücks zu bewerten? - wo entscheidet sich der weitere Weg durch die Produktion in Richtung "Steak oder Faschiertes"?
  • Wie kann man die Herkunft und einen etwaigen "Bio"-Status nachprüfen?
  • Garantiert die Verpackung, dass die produzierte Qualität auch beim Konsumenten ankommt?
  • Kann man noch am verkaufsfertig verpackten Produkt im Handel den aktuellen Qualitätszustand (und damit das aktuelle MHD) überprüfen?


Sprengstoff- oder Drogenidentifikation

Mittels spektroskopischer Methoden ist eine Identifikation von Substanzen einfach möglich. Damit können Sprengstoffe erkannt werden bzw. können ungefährliche Stoffe von gefährlichen oder verbotenen Substanzen sicher unterschieden werden.
Mittels Terahertz-Spektroskopie können solche Untersuchungen sogar in undurchsichtigen verschlossenen Behältnissen / Objekten (z.B. Briefen, Kartonagen) vorgenommen werden.


Klebeprozesse

Eine Klebeverbindung ist immer nur so gut wie der Prozess mit dem sie hergestellt wird. Neben der optimalen Wahl und Qualität des Klebers (im weitesten Sinn) entscheidet auch die Vorbereitung der Oberflächen und die perfekte Prozessführung über die Belastbarkeit und Dauerfestigkeit der erzeugten Klebestelle.
Durch den Einsatz spektroskopischer Technologien können wir sie dabei unterstützen, alle chemischen Parameter (z.B. bei Mischungen, Reaktionsverfolgung, Sauberkeit von Oberflächen, Aushärtung) inline im Prozess zu überwachen und zu kontrollieren.


 


Ansprechpartner:

Brandstetter Markus, Dipl.-Ing. Dr.
Position:
Head of Infrared & Raman Spectroscopy
Adresse:
Altenberger Straße 69, 4040 Linz
Tel.:
+43/732/2468 - 4620
E-Mail:
 

Rankl Christian, Dipl.-Ing. Dr.
Position:
Area Manager Optics
Adresse:
Altenberger Straße 69, 4040 Linz
Tel.:
+43/732/2468-4644
E-Mail:
 

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