InSpectro NIR

Inline-Nahinfrarot-Spektroskopie

Warum Inline-NIR?

Im Gegensatz zu Offline- oder At-Line-Methoden werden Inline-NIR-Sonden direkt im Prozessstrom installiert — im Inneren eines Extruderzylinders, eines Mischers, einer Beschichtungstrommel oder einer Rohrleitung. Das Material strömt während der Produktion am Sensor vorbei und ermöglicht so eine kontinuierliche Überwachung sowie eine sofortige Rückmeldung für die Prozesssteuerung. Dies eliminiert Probenahmefehler, reduziert Ausschuss und schaltet ein echtes Quality by Design frei.

Praktische Anwendungen

Was lässt sich mit einer Inline-NIR-Sonde tatsächlich messen? Hier sind die wirkungsvollsten Anwendungsfälle aus verschiedenen Branchen.

1. Feuchte- / Wassergehalt

NIR ist äußerst empfindlich gegenüber O-H-Bindungen, was die Feuchtemessung zu einer der zuverlässigsten und am weitesten verbreiteten Inline-Anwendungen macht. Sie ist entscheidend bei Trocknungs-, Granulier- und Extrusionsprozessen, bei denen schon geringe Schwankungen im Wassergehalt die Produktqualität beeinflussen können.

Beispiele:
• Restfeuchte in Polymergranulat
• Endpunkt der Trocknung in Wirbelschichtgranulatoren
• Wasseraktivität bei Backwaren und in der Snackproduktion
2. Erkennung von Verunreinigungen

NIR kann chemische Verunreinigungen oder das Vorhandensein von Fremdmaterial in einem Produktstrom anzeigen und fungiert so als kontinuierliches Qualitätsgate. Es ist kein manueller Eingriff erforderlich — das System überwacht jeden Moment der Produktion.

Beispiele:
• Erkennung von Fremdpolymeren in Recyclingströmen
• Chemische Verfälschungsmittel in Lebensmittelzutaten
• Kreuzkontamination zwischen Produktionschargen
3. Chemische Zusammensetzung & Additive

NIR quantifiziert die Konzentration von Additiven, Weichmachern, Restmonomeren oder einzelnen Komponenten in Mehrkomponenten-Mischungen, während diese den Prozess durchlaufen. Dies stellt die Genauigkeit der Formulierung sicher und verhindert kostspielige Chargenausfälle.

Beispiele:
• Weichmachergehalt in der PVC-Extrusion
• Restlösemittel in Beschichtungen
• Komponentenverhältnis in Polymermischungen
4. Mischungshomogenität

Durch die Verfolgung der spektralen Variabilität über die Zeit kann NIR feststellen, wann eine Pulvermischung die angestrebte Homogenität erreicht hat. Dies ist eine PAT-Kernanwendung, die von der FDA formell anerkannt wird, und unverzichtbar, um eine konstante Qualität von Arzneimitteln sicherzustellen.

Beispiele:
• API-Verteilung in Pulvermischungen
• Additivdispersion in der Masterbatch-Mischung
• Homogenität beim Trockenmischen von Hilfsstoffen

InSpectro NIR: Die Lösung von ColVisTec für die Inline-NIR-Spektroskopie

Das ColVisTec-NIR-Spektrophotometer arbeitet im Wellenlängenbereich von 1000 – 2500 nm und liefert in Echtzeit analytische Daten aus dem Inneren von Extrudern, Reaktoren, Mischern und anderen Prozessanlagen. Indem es kontinuierlich "in den Prozess hineinschaut", ermöglicht es eine 100-prozentige Kontrolle der Produktqualität, anstatt sich auf diskrete Probenahmen zu verlassen.

Bewährte Fallstudien

1. Erkennung von Wassergehalt & Durchsatz in der Extrusion

In einem realen Extrusionsversuch unterschied das NIR-Inline-System klar zwischen wasserhaltigen und trockenen Polymerschmelzen:

• Wasser im Polymer → niedrigerer NIR-Signalpegel
• Kein Wasser im Polymer → höheres, stabiles Signal
• Geringerer Durchsatz (100 kg/h) → starkes Signalrauschen, was auf eine schlechte Homogenisierung hinweist
• Höherer Durchsatz (300 kg/h) → geringes Rauschen, was auf eine gute Homogenisierung hinweist

Dies zeigt die zweifache Leistungsfähigkeit der NIR-Sonde: gleichzeitige Messung der chemischen Zusammensetzung (Wasser) und der Prozessqualität (Mischeffizienz).

2. PE-Verunreinigung in recyceltem PP

Im Rahmen des Projekts RecyColor hat das NIR-System erfolgreich Polyethylen (PE)-Verunreinigungen in Polypropylen (PP)-Rezyklat detektiert, mit einer linearen Korrelation (R² = 0,91) über einen Bereich von 0–10 % PE-Verunreinigung. Dies ermöglicht die Echtzeitkennzeichnung von Off-Spec-Material in Polymerrecyclingströmen.