Kategorie: Innovation

Innovation-de 4 Dezember 2024

Echtzeitüberwachung von freiem Lactid während der PLA-Produktion (Polymilchsäure)

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Überwachung von freiem Lactizid während der PLA-Produktion in Echtzeit.

Reaktive Extrusion - REX

Die reaktive Extrusion (REX) ist eine Methode zur chemischen Modifikation von Polymeren während des Extrusionsprozesses, um deren Eigenschaften zu verbessern. Durch die Kombination von Reaktion und Extrusion können die synergistischen Effekte von Scherkräften und Temperatur genutzt werden, um die Reaktion in kürzerer Zeit abzuschließen, während das Produkt direkt in seiner Endform erhalten wird.

Ein Vorteil der reaktiven Extrusion besteht darin, dass die Reaktionen ohne Lösungsmittel oder mit minimalem Lösungsmittelanteil im Vergleich zu herkömmlichen Batch-Polymerisationsverfahren durchgeführt werden können. Dies führt zu erheblichen Kosteneinsparungen und einer Reduzierung von Emissionen, wodurch der Prozess nachhaltiger wird.

Da jedoch jeder reaktive Extrusionsprozess mehrere Faktoren wie Geometrie des Extruders, Schraubendrehzahl, Temperaturprofil sowie Verhältnis und Förderrate der reaktiven Spezies umfasst, die wiederum eng mit Durchsatz und Verweilzeit verbunden sind, ist der Prozess besonders komplex und lässt sich nicht einfach mit Rezepten oder einfachen Fertigungsregeln modellieren.

Polymilchsäure (PLA) - Überwachung von freiem Lactizid

PLA-Struktureinheit – Überwachung von freiem Lactizid

Polymilchsäure ist ein Monomer, das zur Synthese von PLA verwendet wird. Es handelt sich um einen biobasierten und biologisch abbaubaren Biokunststoff, der durch anaerobe Fermentation aus erneuerbaren Rohstoffen gewonnen wird. PLA hat zahlreiche Anwendungen in der kompostierbaren Verpackungsindustrie, in der 3D-Drucktechnik sowie in der Medizin- und Chirurgiebranche. Es ist ein steifer Thermoplast, der je nach Reinheit des Stereoisomers halb kristallin oder vollständig amorph sein kann.

Visum NIR In-Line Probe™: Überwachungswerkzeug für die PLA-Synthese durch reaktive Extrusion - Überwachung von freiem Lactizid

Der Einsatz von Analysewerkzeugen, die auf NIR-Spektroskopie basieren, bietet Echtzeitinformationen darüber, was während des Ringöffnungs-Polymerisationsprozesses (ROP) von L-Lactid im reaktiven Extruder geschieht.

Die wichtigste Informationsquelle ist in diesem Fall die Menge an nicht umgesetztem oder polymerisiertem L-Lactid. Sowohl die Reinheit als auch der Ertrag in Bezug auf Molekulargewichte sowie die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Produkts hängen stark von der Effizienz des Prozesses ab.

Visum NIR In-LIne Probe™ monitoring

Visum NIR In-Line Probe™ Überwachung der PLA-Synthese im ROP-Prozess – Überwachung von freiem Lactizid

Das Analysegerät Visum NIR In-Line Probe™ – entwickelt, hergestellt und vermarktet von IRIS Technology Solutions, S.L. (Spanien) – wurde erfolgreich zur Überwachung der Polykondensationsreaktion von Milchsäure eingesetzt, die in der Regel bei Temperaturen über 180 °C abläuft.

Im Gegensatz zum Visum NIR In-Line™-Analysator wurde die Probe-Version speziell für den Einsatz in noch aggressiveren Umgebungen entwickelt. Sie verwendet Transmissions-, Reflexions- oder Transflexionssonden, je nach Eigenschaften der zu überwachenden Matrix und den spezifischen Prozessbedingungen (Temperatur, Viskosität, Druck, Explosionsrisiko).

Zur Überwachung der Reaktion wurde eine Reflexionssonde verwendet, die an einem speziell dafür bearbeiteten Reaktoranschluss angebracht wurde.

Präzision der Messungen und Prozessoptimierung – Überwachung von freiem Lactizid

Die vorhergesagten Lactidgehaltswerte haben eine Unsicherheit (RMSEP) von 1,6 % (w/w), was angesichts eines typischen Restlactidgehalts von 5 bis 10 % akzeptabel ist. Im Vergleich dazu kann die Offline-Analyse mittels Chromatographie (HPLC) etwa einen Tag dauern, was für eine effiziente Prozesskontrolle ungeeignet ist.

Das Ziel ist es, die Verweilzeit im Reaktor zu optimieren: je kürzer, desto besser, solange der Restlactidgehalt niedrig genug bleibt, um die Qualität und Reinheit des Endprodukts zu gewährleisten. Falsche Einstellungen bei der Extrusion können zu Zeit-, Energie- und Rohstoffverlusten führen, da der Prozess nicht reversibel ist.

Überwachung von freiem Lactizid

Mit der firmeneigenen Software Visum Master™ und ihrem Model Builder kann ein nicht-experter Benutzer leicht maßgeschneiderte Kalibrierungen erstellen, sofern Referenzspektren und die entsprechenden Analytenkonzentrationen verfügbar sind. Dank der Verwendung von KI-Algorithmen identifiziert die Software automatisch die besten Kombinationen aus mathematischen Vorbehandlungen und Lernalgorithmen.

Das bedeutet, dass der Benutzer die Anwendbarkeit des Online-Analysators auf zukünftige Anwendungen über den spezifischen Fall der PLA-Herstellung hinaus erweitern kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Visum NIR In-Line Probe™-Analysator dank seiner Fähigkeit, ein repräsentatives Spektrum innerhalb eines Sekundenbruchteils zu erfassen und mathematisch zu verarbeiten, den gesamten Prozess der reaktiven Extrusion automatisch überprüfen kann. Der Benutzer kann die optimalen Parameter in Echtzeit anpassen, um einen effizienten Prozess und ein qualitativ hochwertiges Endprodukt sicherzustellen.

Von IRIS Technology Solutions
Innovation-de 11 November 2024

Raman-Prozessanalysator: Innovation in der industriellen Prozesskontrolle

analizador raman
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Innovation in der industriellen Prozesssteuerung dank des Raman-Prozessanalysator Visum Raman In-Line™.

Die Raman-Technologie hat die Art und Weise, wie Industriesektoren chemische Analysen durchführen, revolutioniert, indem sie präzise Echtzeitmessungen ohne direkten Kontakt mit dem Material ermöglicht. Wir bei IRIS Technology Solutions sind stolz darauf, den Visum Raman In-Line™ vorstellen zu können, einen robusten, leistungsstarken Raman-Prozessanalysator, der den Anforderungen der modernen Industrie gerecht wird und die industrielle Prozesssteuerung in kritischen Anwendungen erleichtert.

Was ist Raman-Spektroskopie?

Die Raman-Spektroskopie ist eine analytische Technik, die auf der Wechselwirkung von Laserlicht mit den Molekülen einer Probe basiert. Wenn der Laser auf die Probe trifft, wird ein Teil des Lichts mit Frequenzen gestreut, die sich von denen des ursprünglichen Lasers unterscheiden. Diese Frequenzunterschiede, die als Raman-Verschiebungen bezeichnet werden, sind einzigartige Merkmale jedes Moleküls und ermöglichen eine präzise Identifizierung und Quantifizierung von Verbindungen.

Anwendungen der Raman-Technologie in der Industrie

Die Raman-Technologie wird in Branchen wie der Pharmaindustrie, der Chemie, der Biotechnologie und der Lebensmittel- und Getränkeindustrie eingesetzt, in denen eine präzise Echtzeitüberwachung verschiedener Parameter für die Optimierung von Prozessen, die Verkürzung von Zeiten und die Standardisierung der Qualität unerlässlich ist. Die Raman-Technologie ermöglicht:

  • Echtzeitüberwachung chemischer Reaktionen.
  • Optimierung von Misch- und Auflösungsprozessen.
  • Qualitätskontrolle von Produkten ohne direkten Kontakt.
  • Nicht-invasive Analyse der chemischen Zusammensetzung verschiedener Matrizen oder Produkte.
Raman-Analysator

Raman-Prozessanalysator: Visum Raman In-Line™

Raman-Prozessanalysator Visum Raman In-Line™: Innovation und Präzision für die Inline-Analyse

Der Visum Raman In-Line™-Analysator von IRIS Technology Solutions ist ein hochmodernes Analysegerät, das speziell für die Echtzeitüberwachung industrieller Prozesse entwickelt wurde. Hier sind einige der wichtigsten Merkmale dieses Geräts:

  • Hochstabiler Laser: Ausgestattet mit einem 785-nm-Laser, der das Fluoreszenzrisiko reduziert und präzise Messungen in verschiedenen Matrizen gewährleistet, ob fest, flüssig oder halbfest.
  • Hohe Leistung und Geschwindigkeit: Das Gerät verfügt über einen Laser der Klasse 4 mit einer Leistung von 500 mW, der eine bessere Signalerfassung in verschiedenen Prozessphasen ermöglicht, unabhängig von der Matrixabsorption, und eine klarere, genauere und schnellere Datenerfassung ermöglicht.
  • Reduzierte Aufwärmzeit: Im Gegensatz zu den meisten Raman-Analysatoren für industrielle Prozesse hat die Laserlichtquelle eine Aufwärmzeit von nur 5 Minuten.
  • In-Line-Integration: Das kompakte und robuste Design des Raman-Prozessanalysators Visum Raman In-Line™ mit einem Messmodul und einem Sicherheits- und Überwachungsmodul ermöglicht die direkte Integration in Produktionslinien mithilfe einer Eintauchsonde. Wenden Sie sich an unser Expertenteam, um mehr über die Möglichkeiten zu erfahren.
  • Hochauflösende Sensoren: Verwendet fortschrittliche Sensoren, die Daten mit hoher spektraler Auflösung (11 cm⁻¹) im Bereich von 150 bis 3.000 cm⁻¹ liefern und so eine präzise Identifizierung und Quantifizierung von Komponenten selbst bei Konzentrationen von nur 0,01 Gew.-% ermöglichen.
  • Automatisierte Modellierung: Unsere Visum Master-Software ist einzigartig in ihrer Fähigkeit, mithilfe eines Model Builders automatisch und ohne Expertenwissen Vorhersagemodelle zu erstellen. Sie enthält auch eine speziell für GMP entwickelte Version, die alle Anforderungen der Pharmaindustrie erfüllt.
  • Vollständige Konnektivität: Das Visum Raman In-Line kann mit SPS oder Informationssystemen in der Produktionslinie über Protokolle wie OPC, Ethernet, Modbus, Profinet und viele mehr kommunizieren. Ihre Daten, wo und wie immer Sie sie benötigen.
  • Vielseitigkeit: Obwohl das Gerät ausschließlich für die quantitative Analyse in Produktionslinien konzipiert wurde, kann es auf einem fahrbaren Gestell montiert werden, um es in verschiedenen Prozessen oder in Anwendungen in der Fertigungslinie einzusetzen. Es enthält ein Probenahmemodul zur Analyse von Feststoffen, Flüssigkeiten oder halbfesten Stoffen in Falcon-Flaschen mit allen erforderlichen Schutzvorrichtungen für einen sicheren und flexiblen Betrieb außerhalb der Linie.

Warum sollten Sie sich für den Raman-Prozessanalysator Visum Raman In-Line™ entscheiden?

Wir bei IRIS Technology Solutions wissen, dass Präzision und Zuverlässigkeit für den Erfolg industrieller Prozesse unerlässlich sind. Der Raman-Prozessanalysator Visum Raman In-Line™ wurde nach höchsten Qualitätsstandards entwickelt und wird von unserem Expertenteam unterstützt, das Beratung und Unterstützung bietet, um eine erfolgreiche Implementierung in jeder Produktionsumgebung zu gewährleisten.

Möchten Sie mehr erfahren? Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie der Visum Raman In-Line™ die Effizienz und Präzision Ihrer Produktionsprozesse verbessern kann.

Von IRIS Technology Solutions
Innovation-de 9 Oktober 2024

NIRS-Analyse des Brix-Grads ganzer Äpfel in Echtzeit

NIRS analysis of Brix degrees
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NIRS-Analyse des Brix-Grads

Die Agrar- und Lebensmittelindustrie hat in den letzten Jahren durch die Einführung von Technologien zur Verbesserung der Qualitätskontrolle und der Effizienz von Produktionsprozessen erhebliche Fortschritte gemacht. Eine der wichtigsten Technologien in diesem Zusammenhang ist die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS). Diese Technologie hat ein großes Potenzial für die zerstörungsfreie und schnelle Analyse von Agrarprodukten wie Äpfeln gezeigt und ermöglicht die Messung einer Vielzahl von Qualitätsparametern. In diesem Artikel soll eine detaillierte Analyse der Anwendung der NIRS-Technologie bei der kontinuierlichen Analyse ganzer Golden-Delicious-Äpfel vorgestellt werden, wobei der Schwerpunkt auf der Analyse des Brix-Grads liegt, der der Hauptparameter für die Kontrolle der Fruchtreife sowie für die Konservierung und Vermarktung ist.

Traditionelle Analyse des Brix-Grads von Äpfeln - NIRS-Analyse des Brix-Grads

Die traditionelle Methode zur Analyse des Brix-Grads von Äpfeln, die in der Industrie verwendet wird, ist die Refraktometrie. Obwohl es sich um eine einfache und relativ kostengünstige Methode handelt, ist sie destruktiv, offline und basiert auf zufälligen und langsamen Stichproben, sodass es unmöglich ist, große Produktionsmengen zu analysieren.

Vorteile der NIRS-Technologie

  • Zerstörungsfrei: Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden muss die Probe bei der NIRS nicht zerstört werden, sodass die Frucht in ihrer Gesamtheit analysiert werden kann und für die Vermarktung geeignet bleibt.
  • Schnell: Die Analyse erfolgt sofort, mit Reaktionszeiten im Millisekundenbereich.
  • Multiparametrisch: Eine einzige NIRS-Analyse kann Informationen zu mehreren Qualitätsparametern gleichzeitig liefern.
  • Weniger Verschwendung: Durch die sofortige Identifizierung von Früchten minderer Qualität können diese aussortiert werden, bevor sie in den Verpackungsprozess gelangen, wodurch weniger Ressourcen verschwendet werden.
  • Optimierung der Lagerung: Die NIRS-Technologie kann feststellen, welche Früchte das größte Lagerpotenzial haben, und hilft Unternehmen so, ihre Bestände besser zu verwalten.

Brix-Analyse von Äpfeln mit NIR-Spektroskopie

Das folgende NIRS-Modell zur Analyse des Brix-Grads wurde mit 40 Proben und Referenzen der Apfelsorte Golden Delicious durchgeführt. Die Spektren und Referenzen wurden von 4 verschiedenen Punkten (Replikaten) jedes Apfels aus dem Kalibrierungssatz mit dem Visum NIR In-Line™ Prozessanalysator gewonnen. Schließlich wurde ein digitales Refraktometer verwendet, um den Satz von Referenzwerten zu erhalten.

Abbildung 1: Brix-Grad – Schlüsselzahlen des Merit Visum NIR In-Line™-Prozessanalysators

Abbildung 2: Während des Modelltrainings verwendete Proben (grau) und automatisch aufgeteilte interne Validierungsproben (blau). Abbildung 3: Risiko der Überanpassung für das Brix-Modell für Golden Delicious-Äpfel.

Schlussfolgerungen: NIRS-Analyse des Brix-Grads

Für den Probenbereich des Kalibrierungssatzes (11,1–15,8 brix) wurde ein RMSEP (Root Mean Square Error of Prediction) von ±0,3 und ein Korrelationskoeffizient (R2) von 0,93 in Bezug auf die mit der Referenzmethode erzielten Ergebnisse ermittelt. Die Software Model Builder Visum Master™ führt außerdem automatisch eine Spektralqualitätsroutine durch, um spektrale Ausreißer zu eliminieren, d. h. Daten, die während der Trainingsphase außerhalb des Modellfeldes identifiziert werden, und schließlich einen Permutationstest, um das Risiko einer Überanpassung zu bestimmen, was als die Wahrscheinlichkeit verstanden werden kann, dass die durchgeführte Kalibrierung nicht angemessen auf zukünftige Proben reagiert (die nicht während der Kalibrierung verwendet werden). Bei diesem Modell betrug das Risiko einer Überanpassung nur 0,0015, was die Nützlichkeit und Genauigkeit des Visum NIR In-Line™-Prozessanalysators für die kontinuierliche Analyse an Apfelsortierlinien belegt.

Von IRIS Technology Solutions
Innovation-de 7 Oktober 2024

Analyse der Wasseraktivität in Tierfutter mit dem tragbaren NIR-Gerät Visum Palm™

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Analyse der Wasseraktivität in Tierfutter

Der Wassergehalt in Tierfutter ist ein entscheidender Faktor für die Futterqualität und -sicherheit. Wasser ist nicht nur für die biologischen Funktionen von Tieren unerlässlich, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle für die Stabilität des Futters während der Lagerung, Konservierung, mikrobiellen Aktivität und Lebensmittelsicherheit. Feuchtigkeit, genauer gesagt die Wasseraktivität (Aw), hat direkten Einfluss auf die Stabilität des Produkts und die Wahrscheinlichkeit von Reaktionen.

In diesem Artikel stellen wir die Analyse des Wassergehalts in Tierfutter durch Echtzeit-Infrarotspektroskopie mit dem tragbaren Analysator Visum Palm™ von IRIS Technology Solutions SL vor.

Analyse de l'activité de l'eau

Analyse der Wasseraktivität in Futtermitteln

Die Wasseraktivität (Aw) ist ein genaueres Maß als der Feuchtigkeitsgehalt, um die mikrobiologische Stabilität und Haltbarkeit von Futtermitteln vorherzusagen. Die Wasseraktivität ist definiert als das Verhältnis des Dampfdrucks von Wasser im Futtermittel zum Dampfdruck von reinem Wasser bei gleicher Temperatur. Sie wird auf einer Skala von 0 bis 1 ausgedrückt, wobei 1 das Vorhandensein von reinem Wasser anzeigt.

Bei Tierfutter liegt der typische Aw-Wert in der Regel im Bereich von 0,2 bis 0,7 für Trockenprodukte, was eine größere Stabilität während der Lagerung ermöglicht. Wenn die Wasseraktivität höher als 0,7 ist, wird das Wachstum von Mikroorganismen wie Schimmelpilzen und pathogenen Bakterien begünstigt.
Daher ist es für die Vermeidung von Mikrobenwachstum und die Gewährleistung der Futtermittelsicherheit von entscheidender Bedeutung, die Wasseraktivität unter 0,70 zu halten.

Análisis de Actividad de Agua Análisis de Actividad de Agua

Links: Resultierende Regressionskurve für Aw – Kalibrierungsproben (grau) und Validierungsproben (blau) Rechts: Fisher-Pitman-Permutationstest zur Bestimmung des Risikos einer Überanpassung des Aw-Modells.

Traditionelle Analysemethode

Die in der Branche am häufigsten verwendete traditionelle Methode zur Messung des Wassergehalts in Tierfutter ist die Trocknung im Ofen. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  • Futtermittelprobe: Eine bestimmte Menge der Probe wird entnommen und gewogen.
  • Trocknung: Die Probe wird für einen bestimmten Zeitraum (in der Regel zwischen 2 und 4 Stunden) in einen Ofen mit konstanter Temperatur (in der Regel zwischen 105 °C und 110 °C) gelegt.
  • Berechnung des Wassergehalts: Nach dem Trocknen wird die Probe erneut gewogen und der Gewichtsverlust als verdunstete Wassermenge berechnet.

Diese Methode ist aufgrund ihrer Genauigkeit und Einfachheit weit verbreitet, obwohl sie zeitaufwendig und arbeitsintensiv ist, was die Probenahme betrifft.

Bestimmung der Wasseraktivität mit NIRS in Sekunden

Für die Entwicklung des Vorhersagemodells zur Bestimmung der Wasseraktivität arbeiteten wir eng mit einem mexikanischen Tiernahrungshersteller zusammen. Insgesamt wurden 345 Kalibrierungsproben im Bereich von 0,1 bis 1 % Aw verwendet, von denen 20 % automatisch von der Model Builder Visum Master™-Software zur internen Validierung der NIRS-Methode getrennt wurden.

Da die Verarbeitung der Daten (Spektren und Laborreferenzen) vollständig automatisiert ist, führt die Software selbst die bequemste Verarbeitungsroutine und Parametrisierung entsprechend den Eingabedaten aus und wendet sie an. Am Ende wird automatisch ein Permutationstest durchgeführt, um zu überprüfen, ob das resultierende Modell für die Analyse zukünftiger Proben geeignet ist und nicht das Produkt einer Überanpassung ist, was auch als Overfitting-Risiko bezeichnet wird und ein Indikator für das Vertrauen in die Analysemethode ist.

Das entwickelte Modell zur Vorhersage der Wasseraktivität in Tierfutter ergab einen Korrelationskoeffizienten (R²) von 0,96 und einen RMSEP (quadratischer Mittelwert des Vorhersagefehlers) von ± 0,04. Dies bestätigt die Verwendung des tragbaren NIR-Analysators Visum Palm™ als Echtzeitmethode (< 3 Sekunden) zur Bestimmung der Wasseraktivität in Futtermitteln und Tierfutter als wesentlich effizientere Alternative zur herkömmlichen Methode.

Bedeutung der Wassergehaltsanalyse für die Lebensmittelsicherheit

Die Kontrolle des Wassergehalts und der Wasseraktivität in Tierfutter ist aus mehreren Gründen für die Lebensmittelsicherheit von entscheidender Bedeutung:

  • Verhinderung von Mikrobenwachstum: Mikroorganismen benötigen freies Wasser, um zu wachsen und sich zu vermehren. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt und die Wasseraktivität zu hoch sind, wird das Wachstum von Krankheitserregern wie Salmonellen, E. coli und Schimmelpilzen begünstigt, die sowohl bei Tieren als auch bei Menschen Krankheiten verursachen können, da sie mit der Nahrungskette in Verbindung stehen.
  • Produktkonservierung: Ein Futtermittel mit kontrollierter Wasseraktivität ist länger haltbar. Das Wachstum von Mikroorganismen und chemische Reaktionen, die zu einer Verschlechterung der Nährstoffe führen, werden minimiert, wenn der Aw-Wert im optimalen Bereich liegt.
  • Toxinkontrolle: Eine schlechte Kontrolle des Wassergehalts kann das Auftreten von Pilzgiften wie Aflatoxinen begünstigen, die für Tiere und damit für die menschliche Nahrungskette sehr gefährlich sein können.
  •  Aufrechterhaltung der Nährstoffqualität: Ein angemessener Feuchtigkeitsgehalt gewährleistet, dass die Nährstoffe im Futter stabil bleiben. Fettoxidation und Vitaminabbau werden bei hoher Feuchtigkeit beschleunigt, was die Nährstoffqualität des Futters verringert.
  • Kosten und Effizienz: Ein kontrollierter Wassergehalt verringert wirtschaftliche Verluste, da das Futter während des Transports und der Lagerung stabiler ist und das Risiko von Verlusten aufgrund von Kontamination oder Verderb verringert wird.

Schlussfolgerungen aus der Analyse der Wasseraktivität in Futtermitteln

Visum Palm™ Handheld oder Laboranalysegerät

 

 

Die Kontrolle des Wassergehalts und der Wasseraktivität in Tierfutter ist nicht nur für die Aufrechterhaltung der Nährstoffqualität des Futters von entscheidender Bedeutung, sondern auch für die Gewährleistung der.

Traditionelle Analysemethoden wie die Trocknung im Ofen sind wichtige Hilfsmittel, um diese Faktoren unter Kontrolle zu halten, sind jedoch im Vergleich zur Wasseraktivitätsanalyse mittels NIRS-Infrarotspektroskopie ressourcen- und zeitintensiv.

Das tragbare Visum Palm™-Analysegerät ist in der Lage, den Aw-Wert in Futtermittelproben in weniger als 3 Sekunden mit einer Genauigkeit von ± 0,04 vorherzusagen, was zu einem angemessenen Management der Wasseraktivität während des Produktionsprozesses beiträgt, was wiederum für die Sicherstellung der Futtermittelqualität, der Tiergesundheit und der Nachhaltigkeit der Lebensmittelproduktion von entscheidender Bedeutung ist. Als tragbares oder als Tischgerät (Labor) einsetzbares multiparametrisches Analysegerät kann es gleichzeitig zur Bestimmung des Feuchtigkeits-, Fett- und Fasergehalts verwendet werden, um nur die wichtigsten Parameter bei der Herstellung von Tiernahrung zu nennen, und stellt somit ein grundlegendes Werkzeug für effiziente analytische und Produktkontrollen dar, selbst für Agrar- und Lebensmittelrohstoffe.

Von IRIS Technology Solutions
Innovation-de 25 September 2024

Echtzeit-Überwachung des Kochgrades von Gummibonbons mit Visum Raman In-Line™

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Echtzeit-Überwachung des Kochgrades von Gummibonbons mit Visum Raman In-Line™

Gummibonbons, auch Jelly Beans, Jelly Candies, Jelly Fruit Candies oder Gumi genannt, sind eine breite Kategorie von Kaubonbons auf Gelee-Basis, die seit mehr als einem Jahrhundert auf der ganzen Welt beliebt sind und in jüngerer Zeit auch Vitamine in ihren Rezepturen für die Herstellung gesunder Süßigkeiten enthalten.

Je nach Rezeptur werden Gummibonbons aus Stärke, Pektin, Gelatine, Glukosesirup, Zucker, Wasser, Natriumcitrat, Frucht- und Pflanzenextrakten, Aromen, Farbstoffen und anderen Zusatzstoffen hergestellt. All diese Zutaten werden miteinander vermischt und verschiedene Eigenschaften werden kontrolliert, um den besten Geschmack und die beste Textur zu erzielen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist der Grad der Stärkegelatinierung ein entscheidender Faktor bei der Herstellung von Gummiteig, und daher ist es wichtig, die Reststärke nach dem Kochvorgang zu analysieren.

Stärkekochen: der Verkleisterungsprozess

Um die Gelatinierung der Gummimasse zu erreichen, wird häufig Stärke verwendet, wobei Kartoffel- und Maisstärke am beliebtesten sind und in einer Vielzahl von Modifikationen erhältlich sind.
Die Gelatinierung oder das „Kochen“ ist ein Prozess, bei dem die Stärkekörner der Einwirkung von Wasser und Temperatur ausgesetzt werden, wodurch die Wasserstoffbrückenbindungen aufgebrochen und die Körner in der Bonbonmasse aufgelöst werden. Nach einem anschließenden Ablagerungs- und Trocknungsprozess erhält das Gummibonbon seine endgültige Textur und Konsistenz.

In der Süßwarenindustrie erfolgt die Gelatinierung in der Regel in kontinuierlichen Kochsystemen.

Traditional analysis

Derzeit gibt es keine Inline-Methode, um den Gargrad während der Produktion kontinuierlich zu überwachen. Es gibt zwar mehrere Methoden zur Bestimmung des Gargrades, aber alle basieren auf der Entnahme von Proben und deren Offline-Analyse. Diese Technik ist arbeitsintensiv und erfordert qualifiziertes Personal. Darüber hinaus ist es schwierig, Entscheidungen zu treffen und Prozessparameter in Echtzeit zu korrigieren, um weiche Gummibonbons, eine falsche Textur oder spätere Probleme beim Entformen zu vermeiden.

Eine der Methoden zur Kontrolle des Endpunkts des Kochvorgangs wird im Labor mithilfe der Technik des Zählens von Stärkekörnern mit einem Polarisationslichtmikroskop durchgeführt.

Bei dieser Technik werden die Stärkekörner visuell gezählt. Je nach Anzahl der in der Probe vorhandenen Körner kann der Analytiker bestimmen, ob der Kochvorgang zufriedenstellend war oder ob die Prozessparameter (Temperatur) geändert oder die Kochzeit verlängert werden muss. Wenn die Anzahl der Stärkekörner in der Probe kleiner oder gleich 10 ist, gilt der Kochgrad als angemessen, während er bei einer höheren Anzahl als unzureichend gilt.

 

Starch granules under the polarised light microscope with the area marked in red for counting.

Echtzeit-Überwachung des Kochgrades von Gummibonbons

Eine Partnerschaft für die Zukunft der Branche

IRIS Technology Solutions SL, ein führender spanischer Hersteller von spektroskopiebasierten Lösungen zur Steuerung und Überwachung industrieller Prozesse, hat sich mit dem niederländischen Hersteller Tanis Confectionery B.V., einem weltweit tätigen Hersteller von Maschinen zur Herstellung von Gummibonbons, zusammengetan, um eine Echtzeitmethode zur Überwachung der Stärkegelatinierung zu entwickeln und damit eine alternative, wertschöpfende Lösung für die gesamte Branche anzubieten.

Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wurden monatelang Tests in den Einrichtungen des Tanis Innovation Center (Niederlande) mit dem Visum Raman In-Line™-Analysator von IRIS Technology Solutions SL durchgeführt.

Die Raman-Spektroskopie ist eine analytische Technik, die zur Beobachtung von Schwingungs-, Rotations- und anderen niederfrequenten Moden in einem System eingesetzt wird. Sie beruht auf der inelastischen Streuung von monochromatischem Licht, einem Laser, um detaillierte Informationen über Molekülschwingungen und die chemische Zusammensetzung zu liefern. Im Gegensatz zur Nahinfrarotspektroskopie eignet sie sich besonders zur Überwachung wässriger Matrizen oder zur Bestimmung der Konzentration eines in Wasser gelösten Analyten.

Bei dieser Technologie handelt es sich um eine nicht-invasive Analysetechnik, die den Produktfluss, in diesem Fall den Teig, in Echtzeit analysiert, indem eine lebensmitteltaugliche Tauchsonde eingeführt wird, die in der Lage ist, Echtzeitergebnisse über die Vorgänge im Prozess mit der entsprechenden Kalibrierung zu liefern.

Bild des Visum Raman In-Line™-Analysators, der im Tanis Innovation Center getestet wird.

raman in-line Contrôle en temps réel du degré de cuisson des gommes

Entwicklung einer Echtzeit-Analysemethode

Während der Testphase wurden verschiedene Rezepturen auf der Basis von Kartoffelstärke, Maisstärke und einer Kombination aus Gelatine und Stärke hergestellt und überwacht und bei unterschiedlichen Temperaturen gekocht, um während des Kochvorgangs verschiedene Grade der Stärkegelatinierung zu erhalten und so den Algorithmus zur Vorhersage des Kochgrads (ausreichend gekocht / nicht ausreichend gekocht) zu entwickeln.

Während das Visum Raman In-Line™-Analysegerät während des Kochvorgangs der verschiedenen Chargen oder Rezepte Spektren erfasste, wurden Proben entnommen und mit der Referenzmethode der visuellen Zählung unter Verwendung der Polarisationslichtmikroskopie analysiert.

Zur Überwachung des kontinuierlichen Prozesses wurde das Modell so entwickelt, dass es zwei endgültige Klassifizierungen bestimmen kann: „ausreichend gekocht“ (≤10 Stärkekörner) und „nicht ausreichend gekocht“ (>10 Stärkekörner). Das erzielte Ergebnis ist das Ergebnis von drei aufeinanderfolgenden Analysen, um den Grad der Gelatinierung zu bestätigen und eine Fehlklassifizierung zu vermeiden.

 

Links: Vergleich des durchschnittlichen vorverarbeiteten Raman-Spektrums der verschiedenen verwendeten Rezepte. Rechts: Klassifizierungsergebnisse des Modells für fünf der Rezepte. Die Punkte über der rot gestrichelten Linie entsprechen Messungen, die als ausreichend gekocht eingestuft wurden.

Real-time cooking degree monitoring of gummies Real-time cooking degree monitoring of gummies

Schlussfolgerungen

Aus den durchgeführten Tests konnte geschlossen werden, dass dasselbe Vorhersagemodell verwendet werden kann, um Kochgradvorhersagen für Rezepte auf Mais- und Kartoffelstärkebasis zu treffen.

Für alle Chargen, die sowohl aus Kartoffel- als auch aus Maisstärke hergestellt wurden, klassifizierte Visum Raman In-Line™ den Kochgrad korrekt.

Neben den entwickelten Modellen ist es mit dieser Inline-Methode möglich, einzigartige Modelle für einzigartige Süßwarenrezepte und Zutaten zu erstellen.

Bei den analysierten Rezepten mit Gelatine oder modifizierter Stärke wurden größere spektrale Unterschiede beobachtet, sodass für diese Formulierungen spezifische Klassifizierungsmodelle mit ähnlichen Validierungsergebnissen durchgeführt wurden.

Daher ist es möglich, den Kochgrad von Jelly-Bean-Teig auf Mais- und Kartoffelstärkebasis sowie von verschiedenen modifizierten Gelatinen mit dem Echtzeit-Raman-Prozessanalysator erfolgreich vorherzusagen, einer wirklich effizienteren Alternative zur herkömmlichen und aktuellen Analysemethode.

Hauptmerkmale des Visum Raman In-Line™ Prozessanalysators

  • Sensor nach dem Einschalten einsatzbereit (keine Aufwärmzeit erforderlich).
  • Analysator für den Einsatz in industriellen Umgebungen konzipiert.
  • Computer und integriertes Betriebssystem.
  • 785-nm-Laser-Anregungsquelle.
  • Internes Kühlsystem stabil bei -40 °C.
  • IP 65-68.
  • Verbindung zum Prozess über eine lebensmitteltaugliche Tauchsonde.
  • Kompatibel mit verschiedenen Kommunikationstreibern mit SPS oder SCADA der Anlage.
  • Es kann leicht an jeder Position des Rohrs integriert werden.
  • Gerät mit geringem Wartungsaufwand.
  • Mit der Software Visum Master™ SMART Version verfügt der Benutzer über einen KI-gestützten Model Builder zur Entwicklung, Anpassung oder Aktualisierung von Vorhersagemodellen für verschiedene Rezepte oder Formulierungen.
raman analyzer

Visum Raman In-Line™ Prozessanalysator

Von IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-de, Innovation-de 25 Januar 2024

Überprüfung, Klassifizierung und Identifizierung von Kunststoffen mit Visum Palm™

Identifizierung von Polymeren
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Überprüfung, Klassifizierung und Identifizierung von Kunststoffen mit Visum Palm™

In diesem Artikel befassen wir uns mit dem Problem der Klassifizierung und Identifizierung von Kunststoffen unter Verwendung des tragbaren NIR-Analysegeräts Visum Palm™ als flexible, in Echtzeit arbeitende und zerstörungsfreie Technik, die in verschiedenen Prozessen nützlich ist, sei es beim Recycling von postindustriellen Kunststoffen, bei der Analyse und Klassifizierung von Post-Consumer-Kunststoffen, bei der Identifizierung von Kunststoffen Rohstoffen für deren Industrialisierung oder sogar in Bereichen der Forschung und Entwicklung neuer Polymere.

In all diesen Fällen wird die Nahinfrarotspektroskopie als wertvolles Werkzeug für die Charakterisierung von Kunststoffen im Vergleich zu herkömmlichen Analysemethoden vorgestellt.

Die Identifizierung und Sortierung ist sowohl beim Polymerrecycling als auch bei der Herstellung von recycelten Kunststoffen wichtig, da in beiden Fällen sichergestellt werden muss, dass die Kunststoffe so rein und sauber wie möglich sind, da geringe Verunreinigungen die Qualität und Leistung einer recycelten Charge erheblich beeinträchtigen können.

Obwohl es mehrere tragbare NIR-Analysatoren auf dem Markt gibt, ist es wichtig, den Spektralbereich, mit dem das Gerät arbeitet, die Größe des Messbereichs (Spektrenerfassung) und die spektrale Auflösung (die Qualität des erhaltenen Spektrums) zu berücksichtigen. Der neue Visum Palm™-Analysator hat einen Messbereich von 10 mm Durchmesser, arbeitet im Spektralbereich 900-1700 nm mit einer Auflösung von nur 3 nm (↓ nm = ↑ spektrale Auflösung). Es ist ein eigenständiges Gerät mit integriertem Computer und Touchscreen und muss daher nicht an einen Computer oder ein Smartphone angeschlossen werden, um mit ihm zu arbeiten.

Análise de forragens e espectroscopia nir

Der neue Visum Palm™, der eine Polymerbibliothek enthält, ermöglicht Messungen und Bestimmungen an der Linie, ohne dass eine Probenvorbereitung in weniger als 3 Sekunden erforderlich ist. Es kann auch als Laborgerät verwendet werden, da es über einen Sockel verfügt, der die Befestigung verschiedener Probenhalter für die Analyse von Pellets, Flocken oder Kunststoffen bis zu 2 mm ermöglicht.

Die im Analysator enthaltene Werksbibliothek umfasst die folgenden Klassen: PMMA, PE, PC, PETG, EVA, PVC, PET, PU, PS, ABS, PA, PP, VIN, PLA, PBT, PMP, POMC, PPS, PVA, PPSU, EMA PHBV, PAEK, PBAT, PBS, TPES, TPS, MABS, HIPS, MBS, SBC, PCL, PEEK, PHB, SAN, PI, PB.

Extend and develop your own library with Visum Master™

Visum Master™ ist eine Computersoftware, die es dem Endbenutzer ermöglicht, seine eigenen Identifizierungs-, Klassifizierungs- und Quantifizierungsmethoden oder Bibliotheken zu erstellen, zu erweitern und zu verstärken, ohne dass ein Spezialist oder technisches Wissen über Spektroskopie erforderlich ist, wodurch das Analysegerät zu einem wirklich offenen System wird, das den gegenwärtigen und zukünftigen Analyseanforderungen gerecht wird (neue Polymerklassen, neue Lieferanten usw.).

Wie unten gezeigt, ist es möglich, Spektren neuer Proben in eine bestehende Klasse aufzunehmen oder neue Klassen zu integrieren und so die Bibliothek so robust und aktuell wie möglich zu halten, um klassifizieren oder Identifizierung von Kunststoffen zu können.

plastics

Identifizierung von Kunststoffen

Es handelt sich um eine Arbeitsmethode, mit der die Identifizierung von Kunststoffen innerhalb der im Analysegerät verfügbaren Bibliothek analysiert werden kann. Das Ergebnis ist, wie unten zu sehen, die Art des Polymers mit der höchsten Ähnlichkeit und die folgenden (von der höchsten zur niedrigsten Ähnlichkeit).

Identifizierung von Kunststoffen visum palm screen polymers identification

Polymer Verifizierung

Wie bei der Identifizierung von Kunststoffen basiert sie auf einem mathematischen Ähnlichkeitsverfahren, ermöglicht aber die Auswahl eines Materialtyps, der in der Identifizierungsbibliothek analysiert wird, um seine Identität zu bestätigen. Das Ergebnis der Verifikationsanalyse ist PASS / FAIL. Im Falle eines negativen Ergebnisses (FAIL) wird die Klasse angegeben, die der analysierten Kunststoffart entspricht. Beide Fälle sind unten dargestellt.

polymers_identification

Classification of plastics

Im Gegensatz zur Analyse zur Identifizierung von Kunststoffen werden bei der Klassifizierung Algorithmen des maschinellen Lernens eingesetzt, um Proben, die einander spektral sehr ähnlich sind, genau zu analysieren und zu klassifizieren, wobei eine doppelte Prüfung zur Bestimmung der Polymerklasse erforderlich ist (z. B. PET/PETG). Mit Hilfe der Visum Master™-Software kann der Benutzer seine eigenen Klassifizierungsbibliotheken für die problematischsten Fälle erstellen.

Als Ergebnis der Analyse erhält der Benutzer die entsprechende Klasse.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die NIR-Spektroskopie ein sehr wertvolles und effektives Werkzeug für die Klassifizierung oder Identifizierung von Kunststoffen ist und, obwohl in diesem Artikel nicht behandelt, auch für Hersteller von Kunststoffen und neuen Formulierungen zur Quantifizierung von Mischungen nützlich ist. Die Offenheit des Analysators durch die Visum Master™-Software macht den Visum Palm™-Analysator zu einem offenen, in sich geschlossenen System, das kontinuierlich neue Proben und Spektren einführen und verschiedene Bibliotheken erstellen kann, ohne dass ein Spezialist benötigt wird.

Von IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-de, Innovation-de 10 Oktober 2023

IRIS-Technologie-Lösungen auf der Alimentaria FoodTech 2023

FoodTech-Ausstellung
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IRIS-Technologie-Lösungen auf der Alimentaria FoodTech 2023

Ende September präsentierte IRIS Technology Solutions auf der Alimentaria FoodTech 2023 Barcelona die verschiedenen Echtzeit-Qualitäts- und Prozesskontrolllösungen für die Industrie, die das katalanische Unternehmen unter der Marke Visum® herstellt und vertreibt.

Alimentaria-FoodTech ist die Messe für Maschinen, Technologie und Zutaten, die die Wertschöpfungskette der Lebensmittelverarbeitung und -konservierung integriert. Es handelt sich um eine übergreifende Messe, die die Lebensmittel- und Getränkeindustrie von den Rohstoffen bis zum Vertrieb bedient.

Visum® Solutions

Visum®-Lösungen optimieren und digitalisieren die Qualitätskontrolle in verschiedenen Produktionslinien. Sie arbeiten auf der Basis von NIR-, Raman-, Hyperspektral- und Machine Vision-Spektroskopie und liefern Echtzeit-Informationen für die Entscheidungsfindung und Korrektur von Produktionsprozessen. Darüber hinaus konnten die Messeteilnehmer den neuen Visum Palm™ Handheld-NIR-Analysator aus erster Hand sehen.

tragbarer NIR-Analysator

Das neue Visum Palm™-Analysegerät verfügt über ein innovatives und ergonomisches Design sowie die Möglichkeit, jederzeit und überall Analysen durchzuführen, ohne dass es an ein externes elektronisches Gerät angeschlossen werden muss. Dies ist möglich, weil es über einen integrierten Touchscreen und einen Computer verfügt, die alle Routinefunktionen des Geräts ermöglichen.

Darüber hinaus verfügt es über Visum Master™, eine Software, die im Gegensatz zu den meisten auf dem Markt erhältlichen Modellierungs- und Kalibrierungssoftwares, für die der Benutzer über bestimmte technische Kenntnisse in der Chemometrie verfügen oder eine solche Aufgabe einem Dritten anvertrauen muss.

Sie ermöglicht es, Kalibrierungen auf automatisierte und flexible Weise durchzuführen, indem sie neben anderen Funktionen Spektren und Referenzen (quantitativ oder qualitativ) einbezieht.

Shealthy Project

shealthy

IRIS Technology Solutions hat auf der FoodTech auch das europäische Projekt SHEALTHY vorgestellt, das darauf abzielt, eine optimale Kombination von nicht-thermischen Desinfektions-, Konservierungs- und Stabilisierungsmethoden zu bewerten und zu entwickeln, um die Sicherheit (Inaktivierung von Krankheitserregern und verderblichen Mikroorganismen) zu verbessern und gleichzeitig die Nährstoffqualität (bis zu 30 %) zu erhalten und die Haltbarkeit (bis zu 50 %) von Nahrungs- und Genussmitteln zu verlängern. Durch die Kombination und Modulation nicht-thermischer Technologien mit minimalen Verarbeitungsprozessen wird der Ansatz von SHEALTHY endlich in der Lage sein, die wachsende Nachfrage der Verbraucher nach gesunden Lebensmitteln zu erfüllen.

Von IRIS Technology Solutions
Ai-de, Digitalization-de, Industry-4-0-de, Innovation-de, Pharma-4-0-de 5 September 2023

Neuer tragbarer NIR-Analysator Visum Palm™ mit AI

tragbarer NIR-Analysator
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Neuer tragbarer NIR-Analysator Visum Palm™ mit AI

IRIS Technology Solutions stellt die neueste Version seines tragbarer NIR-Analysator Visum Palm™ vor und ergänzt damit seine Visum®-Reihe von Echtzeit-Prozessanalysatoren für die Industrie.

Der neue Visum Palm™ ist ein vollständig tragbares NIR-Spektralphotometer, das die Analyse verschiedener Substanzen, Produkte oder Gemische in Echtzeit ermöglicht, ohne dass herkömmliche Labor- und Probenahmetechniken erforderlich sind, so dass die Industrie an Ort und Stelle Ergebnisse erhalten kann, um Entscheidungen zu treffen oder Produktionsprozessparameter zu korrigieren.

Die neue Generation des Visum Palm™ bringt ein innovatives Design und eine radikale Veränderung in der Art und Weise mit sich, wie die Benutzer die NIR-Technologie erleben. Sie wird jetzt durch KI mit der Visum Master™ Software unterstützt, so dass jeder Hersteller automatisch seine eigenen Vorhersagemodelle oder Kalibrierungen entsprechend seinen Kontroll- und Analyseanforderungen erstellen kann.

 

Design, Autonomie und Robustheit

Das tragbarer NIR-Analysator Visum Palm™ bietet ein innovatives und ergonomisches Design sowie die Möglichkeit, jederzeit und überall Analysen durchzuführen, ohne dass es an ein externes elektronisches Gerät angeschlossen werden muss. Dies ist möglich, weil das Gerät über einen integrierten Touchscreen und einen Computer verfügt, die alle Routinefunktionen des Geräts ermöglichen.

Das Visum Palm™ arbeitet im Wellenlängenbereich von 900 bis 1700 nm, da sich in diesem Bereich die Verfügbarkeit chemischer Informationen am besten mit dem Preis und der technologischen Reife vereinbaren lässt. Er arbeitet hauptsächlich im diffusen Reflexionsmodus, für den er eine speziell entwickelte und patentierte Optik besitzt, um so viele Informationen wie möglich aus der Probe zu extrahieren. Insbesondere verfügt es über einen großen Beleuchtungsbereich (50 mm Durchmesser) und einen Sammelbereich von 10 mm. Mit diesen Merkmalen unterscheidet es sich von ähnlichen Analysegeräten in Bezug auf seine Eignung für die Analyse heterogener Proben, was unter realen Arbeitsbedingungen am häufigsten der Fall ist. In Fällen, in denen die Heterogenität stärker ausgeprägt ist, kann das Gerät so konfiguriert werden, dass es den Durchschnitt einer bestimmten Anzahl von Wiederholungen berechnet und ausgibt.

Der Visum Palm™-Analysator entspricht der Schutzart IP65 und ist somit staub-, feuchtigkeits- und wasserfest. Es ist außerdem so robust, dass es fast überall in Innenräumen oder im Freien getragen und getestet werden kann. Es wird sogar mit einem Ständer für die Verwendung auf dem Schreibtisch oder auf dem Tisch geliefert.

 

Ein neues KI-gestütztes Benutzererlebnis

Im Gegensatz zu den meisten marktüblichen Modellierungs- und Kalibrierungssoftwares, bei denen der Benutzer über technische Kenntnisse in der Chemometrie verfügen oder die Aufgabe einem Dritten anvertrauen muss, macht die PC-basierte Software Visum Master™ die NIR-Technologie durch die Automatisierung der Vorverarbeitung, der Auswahl multivariater Analysealgorithmen und der Validierung noch zugänglicher. So kann jeder Benutzer durch einfache Eingabe von Spektren und Referenzen (quantitativ oder qualitativ) Modelle für die routinemäßige Echtzeitanalyse erstellen und die herkömmliche Analyse ersetzen.

visum_master tragbarer NIR-Analysator

Die neue Software ermöglicht auch die Erweiterung und Bearbeitung bereits vorhandener Modelle, die Synchronisierung mit dem tragbaren Analysator zum Importieren von Spektren, den Export von Modellen, das Herunterladen von Messergebnissen, die automatische Erstellung von Berichten zur Validierung von Analysemethoden und von Audit-Berichten für GMP-Umgebungen sowie bei Bedarf die geführte Überprüfung der messtechnischen Leistung des Geräts.

 

Für Industrie und GMP-Umgebungen

Während die NIR-Technologie in zahlreichen Branchen wie der Kunststoff-, Lebensmittel-, Chemie-, Agrar-, Holz- und Biokraftstoffindustrie, um nur die wichtigsten zu nennen, eine Vielzahl von Anwendungen findet, stellt das neue Visum Palm™-Gerät für die pharmazeutische Industrie und GMP-Umgebungen eine bedeutende Neuerung in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität dar. Es ist 21 CFR Part 11-konform und ermöglicht die Erstellung und Anzeige eines automatischen Audit-Trail-Berichts, der alle Geräteaktivitäten aufzeichnet und in den Kommentare und Beobachtungen aufgenommen werden können. Außerdem kann der Benutzer automatisch die entwickelten analytischen Methodenvalidierungen generieren und bei Bedarf messtechnische Überprüfungen des Geräts durchführen und die Ergebnisse zu einem späteren Zeitpunkt herunterladen.

„Die NIS-Technologie muss heute einfach zu bedienen und zu verstehen sein, und gleichzeitig muss sie dem Benutzer die Freiheit und Autonomie geben, sie voll zu nutzen und seine tägliche Arbeit zu erleichtern. Die Technologie muss ein Wegbereiter sein. Wir werden weitere Schritte in Richtung Automatisierung und neue Funktionen unternehmen, weil wir davon überzeugt sind, dass dies der richtige Weg ist und was die Branche und die Menschen in ihr brauchen.“, sagt Oonagh Mc Nerney, Direktorin von IRIS Technology Solutions, S.L.

 

Das neue tragbarer NIR-Analysator Visum Palm™ ist jetzt hier erhältlich. Hier finden Sie auch technische Informationen über das Gerät, Videos und können IRIS Technology Solutions, S.L. für eine Vorführung oder eine spezifische Anfrage kontaktieren.

Von IRIS Technology Solutions
Environment-de, Industry-4-0-de, Innovation-de 15 Dezember 2022

Recycling von Mehrschicht- und Verbundkunststoffen

Recycling von Mehrschichtkunststoffen
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Kunststoffe sind als bequeme, vielseitige und leichte Konsumgüter von großem Wert und bieten in hochwertigen Anwendungen, wie z. B. in Automobilen, eine hervorragende Leistung. Trotz ihres Nutzens ist jedoch klar, dass der lineare Verbrauch von Kunststoffen für den einmaligen Gebrauch nicht mit dem Übergang Europas zu einer Kreislaufwirtschaft vereinbar ist. Dieses Modell stellt die Wiederverwendung und das Recycling von Ressourcen in den Vordergrund, mit dem Ziel, Abfälle zu reduzieren und so viel Wert wie möglich zu erhalten.

Bei der Wiederverwertung von Kunststoffen wurden einige Fortschritte erzielt. So wurden 2018 beispielsweise 41,5 % der anfallenden Kunststoffverpackungsabfälle recycelt. Dies reicht jedoch noch nicht aus, um eine vollständige Kreislaufwirtschaft zu erreichen, insbesondere beim Recycling von mehrschichtigen Kunststoffen, die schwer zu trennen sind. Außerdem ist es wichtig, dass die Recyclingtechnologien mit den neuen Materialien, die auf den Markt kommen, Schritt halten.

Fortschrittliches Kunststoffrecycling

Das von der EU finanzierte Projekt MultiCycle zielt auf die Entwicklung einer Pilotanlage für das industrielle Recycling und die Behandlung von mehrschichtigen Kunststoffen ab. Diese Anlage konzentriert sich auf zwei wichtige Industriesegmente, die für Recycler eine Herausforderung darstellen: mehrschichtige Verpackungen/flexible Folien und faserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe, wie sie im Automobilsektor verwendet werden.

Auswahl der Technologie

NIR und HSI-NIR sind die Techniken, die üblicherweise für die Behältersortierung verwendet werden. Ersteres eignet sich für einzelne Verpackungsstücke vor der Zerkleinerung und kann auch eine erste Bewertung der Eignung liefern, bevor man zum zweiten Verfahren übergeht, das eine Art der Bildgebung bietet. Im Rahmen des MultiCycle-Projekts wurden die Verpackungsmaterialien in Form von bis zu 5 cm großen Flocken auf ein Förderband aufgegeben, und daher war HSI die Zieltechnik für die endgültige Implementierung in den Prototyp des Eingangskontrollsystems. Für die Überwachung der gelösten und zurückgewonnenen Kunststoffe während und nach dem CreaSolv®-Prozess wurde jedoch die punktuelle NIR-Spektroskopie eingesetzt, für die keine Bildgebungsfunktion erforderlich ist. Ergänzende Techniken wie LIBS und FTIR wurden ebenfalls vorläufig getestet, um andere Fraktionen wie AlOx zu erkennen oder um die Erkennung von schwarzen Behältern zu ermöglichen, was die Genauigkeit der Überwachung verbessern könnte, wenn ein vollständiges System implementiert wird.

Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS)

Die NIR-Spektroskopie ist eine schwingungsspektroskopische Technik. In diesem Bereich setzen sich die Absorptionsspektren aus Obertönen und Kombinationsbanden in Bezug auf die Grundmoden der Moleküle im mittleren Infrarotbereich zusammen. NIR-Strahlung hat einen Wellenlängenbereich von 900 bis 2500 nm. Die Absorptionsbanden in diesem Bereich sind aufgrund des hohen Grades an Bandenüberlappung breit. Darüber hinaus ist die Signalintensität aufgrund der Selektionsregeln der Phänomene zehn- bis tausendmal schwächer als die Signale im mittleren Infrarotbereich. Dieser Mangel an Intensität und die starke Bandenüberlappung wird jedoch durch die hohe Spezifität kompensiert. Die Spezifität der NIR-Spektroskopie beruht auf der Tatsache, dass NH-, OH- und CH-Bindungen die Strahlung bei diesen Wellenlängen stark absorbieren, was sie zu einem optimalen Instrument für die Untersuchung organischer Verbindungen und Polymere macht. Durch den Einsatz multivariater Methoden für die Analyse von Spektraldaten konnte das volle Potenzial der Technik für die Identifizierung, Unterscheidung, Klassifizierung und Quantifizierung ausgeschöpft werden.

Hyperspektrales Bildgebungssystem im kurzwelligen Infrarotbereich (HSI-SWIR)

Aktuelle Technologien für die Überwachung und Klassifizierung von festen Kunststoffabfällen im nahen Infrarotbereich haben Hyperspektralkameras in ihre Konfiguration aufgenommen. Sie ermöglichen es, anstelle eines einzelnen Spektrums ein hyperspektrales Bild (HSI) der Probe (hyperspektraler Würfel) aufzunehmen, das nicht nur die räumliche Lage der Probe, sondern auch ihre chemische Zusammensetzung und Verteilung enthält. In diesem Zusammenhang gibt es mehrere Veröffentlichungen und technologische Entwicklungen, die HSI-SWIR für die Klassifizierung und Identifizierung von Kunststoffen nutzen.

Ein grundlegendes hyperspektrales Bildgebungssystem, das in Abb. 3 dargestellt ist, umfasst in seiner Konfiguration einen empfindlichen Sensor (CCD-Kamera), eine breitbandige Beleuchtungsquelle, ein Spektrometer, das das rückgestreute/transmittierte Licht in seine verschiedenen Wellenlängen aufteilt, und bei Bedarf ein Förderband für die Probenahme. In diesem Fall ist zu beachten, dass das Förderband mit der Aufnahmegeschwindigkeit des CCD-Sensors synchronisiert werden muss, um eine korrekte Bildaufnahme zu ermöglichen. Ein Hyperspektralsystem liefert als Ausgabe einen Hyperwürfel. Ein Hyperwürfel ist ein Satz von Daten, die in drei Dimensionen angeordnet sind, zwei räumliche (eine XY-Ebene) und eine spektrale (𝜆, Wellenlänge), wie unten dargestellt.

Messparameter:

Die wichtigsten Parameter für hyperspektrale Würfelaufnahmen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • Bildrate der Kamera (fps)
  • Geschwindigkeit des Transporters (m/s)
  • Kamera-Transporter-Abstand (cm) und Aufnahmezeit (µs). Diese Parameter sind miteinander verknüpft und müssen optimiert werden, um eine gute Qualität der aufgenommenen Spektren zu erhalten.

Die Hyperspektralbilder wurden mit einer SWIR-Kamera aufgenommen, die im Bereich ∼900-1700 nm arbeitet, mit einer Bildrate von 214 fps, einer Integrationszeit von 350𝜇s und einer Transportergeschwindigkeit von 25m/min.

Recycling von Mehrschichtkunststoffen

Abbildung 1: (Links) Mustersatz Nr. 1. Enthält flexible Kunststofffolien aus PE, PP, PA und PET. Es wurden Einzel- und Doppelkombinationen dieser Polymere (d. h. Polymer A/Polymer B) einbezogen. (Rechts) Klassifizierungsbild, erstellt mit einem PLSDA-Modell.

Schlussfolgerungen zum Projekt

Das HSI-Überwachungssystem konnte eine gute Annäherung an den prozentualen Anteil des Polymergehalts in einer mehrschichtigen Polymerprobe liefern. Im schlimmsten Fall wird das in der Probe am häufigsten vorkommende Polymer vorhergesagt, so dass bei großen Chargen die endgültigen Prozentsätze ziemlich genau sein dürften. Für die Überwachung des Auflösungsprozesses wurden nur 1 Polymer und 1 Lösungsmittel für die Tests in IRIS bereitgestellt. Die mit Visum Palm™ erzielten Ergebnisse entsprachen den Erwartungen, aber es wurden keine Prozessmodelle im Zeitverlauf getestet. Die Auflösungskontrolle wurde aufgrund von Problemen mit dem im LOEMI installierten Viskosimeter nicht durchgeführt. Aus diesem Grund gibt es in diesem Abschnitt keine weiteren Ergebnisse.

Für die Überwachung der Automobilproben wurde die LIBS-Technik gewählt. Die Optimierung von LIBS war kompliziert, da es zum ersten Mal eingesetzt wurde. Es wurden Modelle durchgeführt, indem verschiedene Parameter geändert wurden, um die besten Bedingungen zu finden. Das PATbox-Tool für LIBS ermöglichte keine Datenerfassung mit der gleichen Geschwindigkeit wie die LIBS-Software, so dass die Modelle geändert werden mussten. Schließlich wurden die Modelle kalibriert und getestet, um die Art der Fasern in den schwarzen Kunststoffen PP und PA vorherzusagen. Die in den drei Chargen erzielten Ergebnisse waren zufriedenstellend, da die Vorhersagen der Modelle (Chemometrie und maschinelles Lernen) nahe an den tatsächlichen Gehalten lagen. Es wurden einige Tests durchgeführt, um zwischen PP und PA zu unterscheiden, aber die Klassifizierungsrate lag bei etwa 80 % der guten Vorhersagen. Im Allgemeinen waren Fehlmarkierungen und Verschmutzungen der Proben nicht schwerwiegend.

Von IRIS Technology Solutions
Environment-de, Innovation-de 3 August 2022

Circular Economy: Bioplastics vs. black plastics

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Circular Economy: Bioplastics vs. black plastics

By 2022, a significant share of used plastics – in some countries more than two thirds – will be incinerated or sent to landfill, and only a small share will be recycled (30%). In this context, there is an urgent need to find biodegradable substitute materials for black plastics that cannot be recovered today by traditional optical and sorting techniques, while maintaining their functional properties in industrial applications.

In this context, IRIS Technology presented last July at SIMULTECH 2022, its research „Biodegradation prediction and modelling for decision support“, a mathematical AI model that allows predicting the biodegradation of natural materials of food origin that are candidates to replace carbon compounds currently used in the automotive industry, electronics, plastic bags, among others.

Bioplastics and black plastics

The term bioplastic is a complex one, encompassing materials that come from renewable sources and materials that are biodegradable. While many plastics, under certain natural or man-made conditions, are degradable, not all are recoverable. In particular, black plastics, because of their pigment or colour, escape the traditional infrared systems used in the recycling industry for their separation.

BionTop

The work being carried out by IRIS Technology together with a dozen European entities falls under the umbrella of the European BIOnTop project, which aims to develop a range of bioplastics and complementary coatings and validate their use in food and personal care packaging, determining their environmental impact and the economic viability of an extended substitution project in the industry.

Bioplásticos

Administrations and Companies participating in the project

  • Germany: European Bioplastics EV, Fachhochschule Albstadt-Sigmaringen
  • Belgium: Istrazivanjei Razvoj Centre Scientifique & Technique del’Industrie Textile Belge ASBL, Organic Waste Systems NV, Sioen Industries NV
  • Slovenia: BIO-Mi Drustvo S Ogranicenom Odgovornoscu za Proizvodnju
  • Spain: AIMPLAS, Cristobal Meseguer SA, Emsur Macdonell SA, IRIS Technology Solutions SL, Queserías Entrepinares SA, Ubesol SL
  • Estonia: Wearebio OU
  • Italy: Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali, Enco SRL, Laboratori Archa SRL, Movimento Consumatori, Planet Bioplastics SRL, Romei SRL
  • Netherlands: Total Corbion PLA BV
  • Czech Republic: Silon SRO
Von IRIS Technology Solutions