Nicht-invasive Prozesssonde zur Inline-Ramananalyse durch optische Schaugläser

Frank Braun 1 , Robert Schalk 1 , Jochen Brunner 1 , Hanns Simon Eckhardt 2 , Michael Theuer 3 , Ute Veith 3 , Steffen Hennig 3 , Wolfgang Ferstl 3 , Frank-Jürgen Methner 4 , Thomas Beuermann 1 , Norbert Gretz 5 ,  and Matthias Rädle 1
  • 1 Hochschule Mannheim, Institut für Prozessmesstechnik und innovative Energiesysteme (PI), Paul-Wittsack-Straße 10, 68163 Mannheim, Germany
  • 2 tec5 AG, In der Au 27, 61440 Oberursel, Germany
  • 3 BASF SE, Fachzentrum Prozessanalysentechnik, Carl-Bosch-Straße 38, 67056 Ludwigshafen, Germany
  • 4 Technische Universität Berlin, Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie, Fachgebiet Brauwesen, Seestr. 13, 13353 Berlin, Germany
  • 5 Universität Heidelberg, Zentrum für Medizinische Forschung, Medizinische Fakultät Mannheim, Theodor-Kutzer-Ufer 1–3, 68167 Mannheim, Germany

Zusammenfassung

Trotz der bekannten Vorteile der Raman-Spektroskopie, wie bspw. eine höhere chemische Selektivität gegenüber Messmethoden im nahen Infrarot (NIR) oder die im Vergleich zum mittleren Infrarotbereich (MIR) niedrigen Matrixeinflüsse des Wassermoleküls, ist diese optische Messtechnik in der Online-Prozessanalysentechnik nicht weit verbreitet. Ein wesentliches Problem besteht in einem oftmals kostenintensiven Nachrüsten einer Messstelle durch den Einbau sogenannter Immersionssonden in eine produktführende Rohrleitung oder einen Behälter. Eine praktikable Alternative stellt das hier entwickelte neuartige Sondensystem dar, welches eine Strahlführung über Linsen mit relativ großen Durchmessern beinhaltet, da dieses an vorhandene Schauglasarmaturen angekoppelt werden kann. Mit diesem robusten Sondenaufbau sind Brennweiten weit über 25 mm möglich, welche Echtzeit-Messungen von außerhalb der produktführenden Leitungen durch optische Schaugläser gestatten. Die dadurch entstehenden Messoptionen werden exemplarisch am Nachweis von Ethanol durch Schaugläser unterschiedlicher Dicken sowie bei einer quantitativen Echtzeit-Verfolgung eines Propylencarbonat-Wasser-Gemisches durch eine Schauglasarmatur (Nenndruck PN 16, Nennweite DN 50) im Technikumsmaßstab untersucht. Die vorgestellte Raman-Sonde hat durch einfache Adaption an bereits vorhandene Armaturen industrieller Anlagen das Potential einer preiswerten und kontaktlosen Inline-Messlösung mit hoher Standzeit in der Prozessanalysentechnik (PAT).

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