Nahinfrarotspektroskopie zur Überwachung industrieller Herstellungsprozesse

Für die Überwachung industrieller Herstellungsprozesse bietet die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) eine schnelle und zuverlässige Ergänzung zu den konventionellen Titrationsmethoden. Mit NIRS können wichtige Prozessparameter direkt und kontinuierlich in der Prozesslinie bestimmt werden - eine umfassende Inline-Prozesskontrolle.

Die Bestimmung chemischer Kennzahlen ist für viele chemische Produktionsprozesse, z.B. in der Herstellung von Polyolen, Harzen, Fetten, Ölen, Polymeren usw. von entscheidender Bedeutung. Chemische Kennzahlen wie Hydroxylzahl, Säurezahl, Aminzahl, Iodzahl oder Peroxidzahl werden traditionell in der Wareneingangskontrolle und für die Produktendkontrolle genutzt. Während der Produktion erfolgt die Analyse über stichprobenartig ausgewählte Proben, die mittels nasschemischer Methoden analysiert werden. Die Probenpräparation ist meist langwierig und erfordert den Einsatz teurer und manchmal gefährlicher Reagenzien.

Mit NIRS werden funktionelle Gruppen von Molekülen detektiert, z.B. die OH-Bindung zur Bestimmung der Hydroxylzahl. Die Absorptionseigenschaften variieren abhängig von der einzelnen chemischen Kennzahl. NIRS liefert die Information sofort, so dass eine Überwachung des Produktionsprozesses in Echtzeit möglich ist. Auch unter extremen Produktionsbedingungen liefert NIRS zuverlässige Ergebnisse, und dies ganz ohne Probenvorbereitung oder dem Einsatz von Reagenzien.

Das Analysensystem wird mit dem Prozess über optische Glasfaser und einer Sonde in-situ mit dem Prozess verbunden. Das Licht im Nahinfrarotbereich (800 - 2.200 nm) interagiert mit dem Produkt und wird über die Wechselwirkung der funktionellen Gruppen der vorhandenen Moleküle analysiert. Je nach Prozessanforderung werden geeignete Sonden ausgewählt und angepasst. Bis zu neun Prozessströme können mit einem Analysensystem abgedeckt werden.

NIRS ist eine Multikomponentenmethode, wodurch mehrere Parameter gleichzeitig mit nur einer Messung überwacht werden können. Zusätzlich zur Bestimmung der OH-Zahl kann beispielsweise auch der Wassergehalt und die Säurezahl quantifiziert werden. Da NIRS eine sekundäre Analysenmethode ist, werden kundenspezifische Kalibriermodelle für die zu analysierenden Parameter erstellt. Sowohl Analyseverfahren als auch nasschemische Referenzanalytik kommen direkt aus einer Hand. Metrohm hat eine Vielzahl Applikationen erstellt, bei denen einzelne oder mehrere chemische Kennzahlen in sehr unterschiedlichen Produkten ermittelt werden können, z.B.: Bestimmung der OH-Zahl und Molmasse in Polyolen, Säure-, OH- und Jodzahl in Ölen und Fetten, Epoxidzahl in Epoxidharzen oder Aminzahl in Tauchlacken.

Die Vorteile der Nahinfrarotspektroskopie im Prozess für die chemische Industrie sind:

lückenlose und kontinuierliche Überwachung des Produktionsprozesses in Echtzeit
zeitnahe Prozesskontrolle und -optimierung durch schnelle Analysenergebnisse
hohe Reproduzierbarkeit der Analysenergebnisse
mehrere Kennzahlen und weitere Parameter in eine Messung
Einsparung teurer und gefährlicher Chemikalien
geringe Folgekosten, da die für die nasschemischen Analysemethoden eingesetzten Chemikalien entfallen

Quelle: Deutsche METROHM GmbH & Co. KG