Einsatzgebiete der Infarotmessung

Wo ist die Infrarottechnik generell einsetzbar?

Die Einsatzgebiete sind äußerst mannigfaltig. Anwendungsfelder finden sich z.B. in der Umweltüberwachung (Abgaskontrolle), in der Produktion (chemische Prozesskontrolle, Schichtdickenmessung), im Recyclingbereich (Kunststofferkennung, Bauschuttsortierung, Teppich-Recycling), in der Lebensmittelindustrie (Fleisch), der Landwirtschaft (Proteingehalt von Getreide) und der Medizin (Körperfett) bis hin zum Konsumgüterbereich.

Unsere Ziele sind die Erschließung neuer Einsatzfelder und der Ersatz herkömmlicher At-Line-Analytik durch schnelle und präzise Low-Cost-Sensorik.

Abgaskontrolle mit Infrarotsensorik

Die Infrarotanalytik wird schon lange zur Gasdetektion eingesetzt, hauptsächlich zur Messung von Kohlendioxid und Kohlenwasserstoffen. So ist die Messung der Konzentration von Autoabgasbestandteilen direkt über der Straße möglich.

Auch der industrielle Einsatz zur Abgaskontrolle in Schornsteinen bietet sich an.

Prozeßkontrolle mit Infrarot-Spektroskopie

Zerstörungsfreiheit, Informationsdichte, Robustheit, Schnelligkeit und Flexibilität sind die Stichworte, mit denen sich der Erfolg der Infrarotsensorik in chemischen und pharmazeutischen sowie der Mineralölindustrie erklären lässt.

Hier exemplarisch einige Einsatzbereiche in der Prozesskontrolle:

  • Durchflusssysteme zur Messung der Zusammensetzung von flüssigen oder gasförmigen Stoffströmen
  • in Reaktoren zur Überwachung der Reaktion oft gefährlicher und aggressiver Mischungen
  • die Endkontrolle fester Produkte, wie z.B. die korrekte Wirkstoffzusammensetzung von Tabletten

Substanzidentifikation von Kunststoffen mittels NIR-Sensorik

Die Nah-Infrarot-Spektroskopie lässt sich hervorragend zur berührungslosen Identifikation von Kunststoffen einsetzen, für einen hohen Durchsatz vorzugsweise an Förderbändern.
Ein solches System zur sortenreinen Erkennung von Kunststoffen aus Haushaltsabfällen (Stichworte: „Gelber Sack“, „Grüner Punkt“), ist bereits 1995 von uns im Rahmen unserer Tätigkeit am Institut für Chemo- und Biosensorik in Münster entwickelt und erfolgreich in eine Recyclinganlage integriert worden.

Es können dort u.a. Kunststoffe wie PP (Polypropylen), PET (Polyethylenterephthalat), PE (Polyethylen), PS (Polystyrol) unterschieden und getrennt werden. Durch Multiplexing werden mit einem Spektrometersystem bis zu 8 Förderbänder überwacht.

Es lassen sich mit der NIR-Technik jedoch nicht nur Haushaltskunststoffe unterscheiden, sondern sämtliche Kunststoffe, die nicht durch Rußen schwarz eingefärbt wurden. Für schwarze Kunststoffe kann die Nah-Infrarot-Spektroskopie nicht verwendet werden, da die Strahlung zu stark absorbiert wird. Zur Erkennung schwarzer Kunststoffe muss der Bereich des mittleren IR herangezogen werden.

Um dort ebenfalls berührungslos messen zu können, verwenden wir die sogenannte AOTF-Technik. Ein solches System zur Substanzidentifikation schwarzer Kunststoffe haben wir auf der Hannover Messe 2000 vorgestellt.

Qualitätskontrolle von Fleisch mittels Infrarotsensorik

Wichtige Parameter bei der Beurteilung der Nahrungsmittelqualität sind Fett-, Eiweiß- und Wassergehalt. Diese Substanzen lassen sich hervorragend mit Hilfe der Nah-Infrarot-Spektroskopie bestimmen. Unter Hygiene-Gesichtspunkten ist dabei die Berührungslosigkeit der Messung ein enormer Pluspunkt. Die Palette untersuchbarer Lebensmittel ist schier unüberschaubar, Beispiele existierender Anwendungen sind die Bestimmung des Milch-Fettgehaltes, des Zuckergehaltes von Früchten, die Qualität von Fritierfetten, des Wassergehaltes von Backwaren und die Kontrolle des Alkoholgehaltes während des Gärprozesses.

Qualitätskontrolle von Getreide mittels Infrarot-Spektroskopie

Die Getreideanalytik war einer der Wegbereiter für den Siegeszug der Nah-Infrarot-Spektroskopie. Fett-, Eiweiß-, Wasser-, und Fasergehalt lassen sich hervorragend durch Messung der Reflektionsspektren bestimmen. Neben der stationären Messung gewinnt die Bestimmung dieser Parameter direkt vor Ort zunehmend an Bedeutung.

Weitere Einsatzmöglichkeiten stellen die Ölgehaltsmessung von Ölpflanzen, des Reifegrades von Melonen, der Güte von Baumwolle oder des Stärkegehaltes von Kartoffeln dar.

Messung des Körperfettanteils mittels Infrarotspektroskopie

Ein Beispiel des medizinischen Einsatzes der NIR-Spektroskopie ist die Bestimmung des Fettanteils im Muskelgewebe. Auch in anderen Bereichen der medizinischen Diagnostik finden sich Einsatzmöglichkeiten, so z.B. die Bestimmung von Cholesterinablagerungen in Adern oder die nichtinvasive Bestimmung von Glucose im Blut, wobei dort der Durchbruch bis heute nicht gelungen ist.

Wir sind jedoch momentan auf der Suche nach Partnern zur Umsetzung einer unkonventionellen Idee, um das Problem der mangelnden Genauigkeit bei der Glucosebestimmung zu beheben.

Generell geht der Trend hin zu preisgünstigen Handgeräten

als Ergänzung oder gar Ersatz aufwendiger Spektrometersysteme. Filterbasierte Handgeräte gibt es zwar reichlich, doch reicht die Information einiger Wellenlängen meist nur für wenige Anwendungen. Die obigen Beispiele zeigen, dass mittlerweile vieles möglich ist, was vor einigen Jahren noch nicht möglich schien.

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