Echtzeitüberwachung während der Herstellung von Nahrungsmitteln und Medikamenten
Aktuelle Fortschritte in der Nahinfrarotspektroskopieanalyse haben gemeinsam mit auf dem Markt verfügbaren kostengünstigen, kleinformatigen maßgeschneiderten Sensoren der Überwachung während des Herstellungsvorgangs den Weg geebnet. Trotz der Fortschritte in der Sensortechnologie wird das Potenzial der Nahinfrarottechnologie noch nicht vollständig ausgeschöpft. Ein Mangel an Fachwissen hemmt die Neukonfiguration generischer Systeme für verschiedene Produktionsumgebungen. Wie das Labor an die Produktionslinie geholt wird Die große Mehrheit der Nahrungsmittel- und Medikamentenhersteller entnehmen Proben ihrer Produkte aus der Produktionslinie und senden diese zur chemischen Analyse in ein Labor. Dieser Vorgang ist für die Hersteller kostspielig und zeitraubend, da sie Informationen oft zu spät erhalten, um Verluste zu vermeiden. „Verspätetes Handeln – nach der Qualitätskontrolle durch das Labor – kann dazu führen, dass Produkte entsorgt werden müssen oder noch schlimmer, dass mangelhafte Produkte auf den Markt kommen“, bemerkt der Projektkoordinator Dr. Timothy Kehoe. „Für die Nahrungsmittel- und Medikamentenbranchen ist es ein Paradigmenwechsel, leistungsstarke Laboranalysen direkt in die Produktionslinie einzubinden. Warenqualitätsanalysen sind sehr viel wirkungsvoller, wenn sie in Echtzeit durchgeführt werden. Kritische Echtzeitinformationen ermöglichen den Herstellern, den Inspektionsvorgang besser zu steuern und die gewünschte Warenqualität zu erreichen“, erklärt Dr. Kehoe. Das EU-finanzierte Projekt VISUM entwickelte ein neues auf Spektroskopie basierendes Instrument, das in die Produktionslinie integriert werden kann. So können Qualitätskontrollverfahren automatisiert werden, bei denen alle Produkte einer nicht invasiven Analyse unterzogen werden. Auf diese Weise sparen die Hersteller Zeit und Geld, während gleichzeitig die Qualität standardisiert wird. Das Funktionsprinzip Das erschwingliche VISUM-Analyseinstrument verwendet eine Halogenlichtquelle, um die Probe zu beleuchten. Die Probe nimmt das Licht in unterschiedlichen Mengen und in bestimmten Frequenzen auf, die den Vibrationsfrequenzen ihrer Molekülbindungen entsprechen. Da die Bindungen jedes Moleküls anders sind, ist das Infrarot-Absorptionsspektrum eine einzigartige Eigenschaft des Moleküls. Durch die Aufzeichnung der Lichtabsorption als Funktion der Wellenlänge kann für jedes Material ein einzigartiges Absorptionsprofil erstellt und die chemische Zusammensetzung bestimmt werden. Dieses Verfahren wird in der Branche abseits der Produktionslinie bereits weitläufig für Nachweise und Analysen verwendet. Darüber hinaus verwendet die VISUM-Plattform komplexe Chemometrie, um die vom Gerät gemessenen Rohspektren in aussagekräftige Ergebnisse umzuwandeln. Diese Modelle werden speziell für den Kunden unter Verwendung bekannter Proben entwickelt. Die Geräte können aber auch mit Modellen betrieben werden, die der Kunde bereitstellt. Dieses Gerät macht außerdem externe Kalibrierung überflüssig. Die zuverlässige eingebaute Kalibriernorm verhindert die Unterbrechung von Messvorgängen, sodass die Messungen unterbrechungsfrei in der Produktionslinie durchgeführt werden können. „Analyseinstrumente, die auf Infrarotspektroskopie basieren, sind üblicherweise sehr zuverlässig und liefern im Labor genaue Werte. Allerdings ist es eine Herausforderung, sie in die Produktionslinie zu integrieren und sicherzustellen, dass sie verlässliche Messungen liefern können, wenn sie in rauen und dynamischen Produktionsumgebungen eingesetzt werden“, bemerkt Dr. Kehoe. „Das setzt uns in diesem Bereich von der Konkurrenz ab.“ Die Grundlage für die Industrie 4.0 Der Schlüssel zur weitläufigen Übernahme der Technologie liegt darin, die Infrarotspektroskopie erfolgreich in Produktionslinien zu integrieren und der Branche die gewonnenen Prozessdaten nahtlos in Form von Wissen oder intelligenten Vorgehensweisen zur Verfügung zu stellen. „Wir haben eine Vision der ‚wissensgestützten‘ Verarbeitung, und das stimmt sehr gut mit dem Paradigma der Industrie 4.0 überein, denn dabei geht es vor allem darum, intelligente Vorgehensweisen in die Industrie zu integrieren“, merkt Dr. Kehoe abschließend an.
Schlüsselbegriffe
VISUM, Nahrungsmittel, Medikamente, Infrarot, Spektroskopie, Echtzeit, Analyseinstrument, Qualitätskontrolle, Überwachung, während der Herstellung, Industrie 4.0
