Konzentration

Konzentrationsmessung mittels optischer Spektroskopie

Optische Spektroskopie, wie UV-VIS-NIR und Raman, eignet sich hervorragend für die Atline und Online Konzentrationsbestimmung verschiedenster Parameter. Diese Analysensysteme sind einfach mittels Lichtleiter und unterschiedlicher Messköpfe an die Messanforderungen adaptierbar. Es gibt Eintauchsonden und Durchflusszellen für die Flüssigkeitsanalyse als auch Reflexionsmessköpfe für die Messung an Feststoffen. Die Probe wird mittels kontinuierlicher Lichtquelle beleuchtet. Das reflektierte bzw. transmittierte Licht wird gemessen und erlaubt die Auswertung der Absorption als Funktion der Wellenlänge. Nach dem Lambert-Beer Gesetz korreliert die Absorption mit der Konzentration des zu messenden Stoffes.
Bei der Raman Spektroskopie wird die Probe mittels eines Lasers angeregt und man erhält eine sog. Ramanstreuung, welche spezifisch für das Probenmaterial ist. Das Streusignal verhält sich wiederum proportional zu der Konzentration des absorbierenden Materials.

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Breitbandiger Multisensor auch im UV - tec5 Embedded Spektrometer zur Steuerung von Chromatographieanlagen

Für die Steuerung von Fraktionierungsprozessen in Chromatographieanlagen bedarf es oft vielfältiger spektraler Informationen der Ziel-Produkte. Hier kommen bislang überwiegend photometrische Systeme zum Einsatz. Oft genügt jedoch nicht nur die Messung eines schmalen Absorptionsbereiches, sondern je nach Produkt und besonders im wechselnden Prozessbetrieb ist gleich eine Vielzahl von Absorptionsbanden über den kompletten UV-VIS-NIR Bereich auszuwerten. 
Das tec5 Embedded Spektrometer CompactSpec® EMB kann über breite Spektralbereiche mehrere Absorptionsbanden gleichzeitig messen und daraus die prozessrelevanten Resultate ermitteln. Ein System ersetzt somit eine größere Anzahl an photometrischen Systemen, wodurch die Anschaffungs- und Wartungskosten für die Prozessanalysentechnik [PAT] erheblich reduziert werden. Vielmehr erschließen sich mit dem CompactSpec® EMB auch Bereiche im UV [bis ca. 190 nm], welche durch handelsübliche photometrische Systeme [typ. ab 254 nm] nicht zugänglich sind. 
Das CompactSpec® EMB kommt ohne PC aus und reduziert auch dadurch den IT-Betreuungsaufwand und entsprechende Kosten. Durch die Einbettung der vollständigen Verarbeitungs- und Auswertungsfunktionen in die beinhaltete tecSaaS® Geräteeinheit können Messergebnisse [z.B. gleich mehrere Absorptionswerte] nun ohne Umwege an die Prozesssteuerung übergeben werden [via Modbus TCP, 4-20 mA analoger Schnittstelle, uvm.]. 
Eines der Top10 Pharmaunternehmen nutzt für seinen Bereich Biotechnologie nun auch das CompactSpec® EMB in der Gewinnung von Proteinen und Enzymen. Dieser smarte Multisensor vereint die produktionsspezifischen Anforderungen in einem kompakten Gerät. Die Steuerung der Chromatographieanlage konnte bereits über einen langen Zeitraum zuverlässig und ausfallfrei erfolgen. Überzeugt hat hier die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Systemkonfiguration und das Konzept des smarten Embedded Sensors tecSaaS® [Spectrometer as a Sensor] ohne zusätzlichen PC. 
Für das kundenspezifische System wird ein breitbandiger MMS UV-VIS SB Spektralsensor [Messbereich 195 – 720 nm] zusammen mit einer Xenon Miniblitzlampe verwendet. Eine fasergekoppelte Durchflusszelle erfüllt hier die Prozessanforderungen der zu messenden Medien. Dünnes Saphirglas ist als medienberührendes optisches Material resistent gegen regelmäßige Reinigungsvorgänge mit Natronlauge. In Verbindung mit Kollimationsoptiken aus Quarz kann ein Spektralbereich bis unter 215 nm erfasst werden. Vom niedrigen UV-Bereich bis in den VIS-Bereich werden hier beispielsweise 4 charakteristische Absorptionsbereiche integriert und die Werte via Analogschnittstelle an das Prozessleitsystem weitergegeben. Durch die verstellbare optische Pfadlänge [OPL] kann die Messzelle auf einfache Weise sogar auf stark unterschiedliche Produktströme aus Fraktionsprozessen der Chromatographieanlage angepasst werden.  
Äußerste Kundezufriedenheit ist das Ergebnis dieses Projektes, aus der weitere  Anlagenplanungen mit tec5 Spektrometersystemen hervorgehen werden.
CompactSpec EMB tec5 Enzyme Konzentration

Grundlagenlagenforschung erfordert leistungsstarke Elektronik für NIR-Spektroskopie

Auf der Suche nach neuartigen Materialsystemen für Sensoren im nah- bis mittelinfraroten Spektralbereich und Datenübertragung durch optische Netzwerke, hat die Forschungsgruppe Spektroskopie und Optik am  Physikalischen Institut der Justus-Liebig-Universität Giessen essentielle Verbesserungen für medizinische und Umweltdiagnostik sowie die Datenübertragung fest im Blick.
 
In der Telekommunikation werden große Datenpakete über weite Strecken über optische Signale übertragen. Diese Lichtpulse werden von Halbleiterlasern emittiert und durch die bekannten Glasfaserleitungen geschickt.  Um die heutzutage üblichen enormen Datenmengen zu übertragen, bedürfen die Laser einer extremen Temperaturstabilität und effizienter Kühlung. Zusätzlich steigt auch die nicht strahlende Rekombinationsrate und der Schwellstrom. Infolgedessen rutscht der durchschnittliche Wirkungsgrad unter 10%. Hier setzt sich die Forschungsgruppe des Instituts selbst die Aufgabe mit einem neuen Materialsystem eine hohe Temperaturstabilität zu gewährleisten und die Effizienz des Übertragungsweges zu steigern.
 
Eine weitere interessante Anwendungsmöglichkeit haben die Giessener Wissenschaftler in der Gas-Sensorik für Umweltmonitoring oder medizinische Diagnosezwecke ausgemacht. Durch die Reflektion des Stoffwechsels in der Atemluft eröffnen sich in der Krankheitserkennung, bei ausgereiftem Instrumentarium, neue Möglichkeiten der Heimdiagnose. Anhand der mikroskopischen Zusammensetzung der Atemluft, die sich bei körperlichen Erkrankungen verändert, lassen sich Krankheiten oder Stoffwechselstörungen auf einfache, nichtinvasive Weise diagnostizieren. Die geringe Konzentration der Spurengase benötigt jedoch hochsensible Messgeräte. "Da sind wir aber noch sehr weit entfernt" dämpft Veletas die Hoffnungen auf einen baldigen Durchbruch. Dennoch forschen die Giessener mit Nachdruck an Materialsystemen und innovativen Bauelementkonzepten für diese Anwendung.

Die Suche nach sensiblen Detektoren mit hoher Quantenausbeute führt zu tec5
Bis 1.100 nm in etwa kann man mit siliziumbasierten Detektoren gut arbeiten. "Im mittelinfraroten Spektralbereich ist es aus Spektroskopikersicht immer etwas komplizierter. Für alles, was weiter im Infraroten liegt, braucht man dann im Endeffekt Detektoren aus anderen Materialien, die typischerweise größeres thermisches Rauschen aufweisen. Ein weiteres Problem im Infraroten ist der hohe Absorptionsgrad aufgrund der Molekülkomposition der Luft, wie beispielsweise Wasser oder Kohlenstoffdioxid. Diese haben charakteristische Absorptionslinien, welche in dem Spektralbereich liegen, den man eigentlich untersuchen möchte. Daher ist es für uns entscheidend über eine Detektorzeile mit hoher Quanteneffizienz bei niedrigem Dunkelstrom zu verfügen." Bei seiner Web-Recherche ist Julian Veletas, Doktorand in der Arbeitsgruppe, auf die tec5 Elektronik FEE-1M /NIR-4 EMB HM High Speed Frontend Elektronik gestoßen, die aufgrund ihrer Eigenschaften die Anforderungen des Gießener Instituts bestens erfüllt. "Um den Dunkelstrom so gering wie möglich zu halten ist es wichtig, dass die Komponenten gut miteinander verknüpft sind, die Zeile optimal ausgelesen wird und der Verstärker gleichzeitig auf die Zeile zugeschnitten ist." So der Gießener Wissenschaftler zu der angeschafften Hardware. "Wenn das Zusammenspiel nicht so richtig funktioniert hat man eine Kamera, die zwar mit viel Licht gut arbeiten kann, aber mit niedrigen Intensitäten große Probleme hat. Das kann in schwacher Sensitivität enden, sodass man schwache Signale nicht vom Rauschen unterscheiden kann. In diesem Fall bringt uns die tec5-Elektronik den entscheidenden Schritt weiter.“
Tripler

8-Kanal HPLC Detektor

Der Kunde ist ein spezialisiertes Unternehmen im Bereich der instrumentellen Analytik. Sepiatec entwickelt Systeme für die Separation unter Nutzung der HPLC und SFC Technology. Die Systeme werden global von multinationalen Pharma- und Biotechnologie Unternehmen wie auch von Forschungsinstituten genutzt, um die Separationsprozesse und damit die Methodenentwicklung zu beschleunigen.



Der neue HPLC Detektor kann durch die Nutzung des elektronischen Multiplexers 
MUX-8A in Verbindung mit den monolithischen MMS Spektrometermodulen von 
Carl Zeiss 8 Kanäle parallel betreiben. Die vorherige Gerätegeneration war mit einem mechanischen faseroptischen Multiplexer ausgestattet. Alle Messungen wurden sequentiell nacheinander ausgeführt. 
Der nun mögliche parallele Betrieb der 8 MMS Spektrometer optimiert die Messzeit sowie das Signal-zu-Rausch Verhältnis erheblich und bringt Sepiatec einen wichtigen Wettbewerbsvorteil im Markt.