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Spektrometrische nahinfrarot (NIR) Untersuchungen zur robusten Kalibration in der Prozesskontrolle

Ekat, Andrea - Bergische Universität Wuppertal (2015)


In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Additivität der Spektren, für die per NIR untersuchten Stoffgemische, nicht vollständig gegeben ist. Es sind Differenzen zwischen den gewichteten Reinstoffspektren und den realen Messspektren zu beobachten. Die daraus entwickelte Theorie der Assoziatbildung [AB] wurde mathematisch belegt sowie Möglichkeiten zur Entstehung von intermolekularen Wechselwirkungen, basierend auf chemischen Grundlagen, theoretisch dargestellt. Insbesondere stark polare Substanzen, wie Säuren, zeigen eine große Neigung zur Assoziatbildung, was sich in den dargestellten Differenzspektren widerspiegelt. Unter Berücksichtigung dieser Einflüsse konnte, basierend auf der Polynomregression, eine Methode entwickelt werden, welche die realen Spektren inklusive Wechselwirkungen in binären Gemischen erfolgreich nachstellen kann. Durch die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse ist es möglich, über eine geringe Anzahl von Labormessungen und anschließender Spektrensimulation ein robustes Kalibrationsmodell zu erstellen, dessen Vorhersagekraft mit einem auf realen Spektren basierenden Modell vergleichbar ist. Somit sind die real time Prozesskontrolle sowie eine Erstkalibration über Labormessungen für den Batchprozess schneller realisierbar. Des Weiteren können nicht-Linearitäten, beispielsweise Schwankungen in der Zusammensetzung von Rohstoffen, über diese Art Laborkalibration berücksichtigt und ausgeglichen werden. Insbesondere "out of specification" Spektren können durch die entwickelte Spektrensimulation generiert werden. Diese sind für ein industriell genutztes Kalibrationsmodell, irrelevant ob Batch- oder Konti-Prozess, besonders wertvoll, aber schwer zugänglich. Die Möglichkeit den Kalibrationsbereich und gleichzeitig die Varianz des Modells mit Hilfe der generierten Spektren vergrößern zu können ist von sehr großem Vorteil.


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