Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR) Know-how:
Ein umfassender Leitfaden zu Wellenlängenbereichen und Anwendungen
Ein umfassender Leitfaden zu Wellenlängenbereichen und Anwendungen
Die Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR) ist ein leistungsfähiges und vielseitiges Analyseinstrument, das in verschiedenen Branchen zur Analyse der Materialzusammensetzung eingesetzt wird. Mit einem Spektralbereich von etwa 700 nm bis 2500 nm ermöglicht die NIR-Spektroskopie schnelle, zerstörungsfreie und hochpräzise Messungen. Dies macht sie unverzichtbar für Anwendungen wie das Recycling von Kunststoffen, die Qualitätskontrolle von Lebensmitteln, die pharmazeutische Herstellung und die landwirtschaftliche Überwachung. Dieser Leitfaden erläutert die Grundlagen der NIR-Technologie, hebt ihre Anwendungen in verschiedenen Branchen hervor und bietet einen Rahmen für die Auswahl des geeigneten Spektrometers für spezifische Aufgaben.
Grundlagen der NIR-Spektroskopie
Die Wissenschaft hinter NIR
Die NIR-Spektroskopie basiert auf der Absorption von Nahinfrarotlicht durch molekulare Bindungen wie O-H, N-H und C-H. Wenn NIR-Licht mit einem Material interagiert, werden spezifische Wellenlängen in Abhängigkeit von der molekularen Zusammensetzung absorbiert, während andere reflektiert oder durchgelassen werden. Die resultierenden Spektraldaten repräsentieren den einzigartigen “Fingerabdruck” des Materials, der zur Bestimmung seiner Zusammensetzung analysiert werden kann. Zu den Hauptmerkmalen von NIR gehören:
- Geschwindigkeit: Echtzeitmessungen ermöglichen schnelle Entscheidungsfindungen.
- Zerstörungsfreie Analyse: Keine Probenvorbereitung oder -veränderung erforderlich.
- Portabilität: Moderne Spektrometer sind kompakt und für Feldanwendungen geeignet.
Wellenlängenbereiche und ihre Anwendungen
NIR operiert in verschiedenen Spektralbereichen, die jeweils für spezifische analytische Aufgaben geeignet sind:
- 900 nm - 1700 nm: Ideal für die Erkennung von Feuchtigkeit, die Unterscheidung organischer Verbindungen und die grundlegende Materialidentifikation.
- 1350 nm - 2150 nm: Effektiv für die Differenzierung von Kunststoffen und molekulare Spezifität in komplexen Materialien.
- 1600 nm - 2400 nm: Geeignet für fortgeschrittene Materialcharakterisierung, einschließlich Hochleistungspolymere und pharmazeutische Inhaltsstoffe.
Externe Ressourcen
Für eine weitergehende Erforschung der NIR-Spektroskopie und ihrer Anwendungen empfehlen sich folgende Ressourcen:
- Spektralanalyse und Anwendungen - Oxford Instruments: Einblicke in Wellenlängenbereiche und deren industrielle Nutzung.
Anwendungen in verschiedenen Branchen
Kunststoffrecycling
Die NIR-Spektroskopie hat das Kunststoffrecycling revolutioniert, indem sie eine genaue und effiziente Materialidentifikation und -sortierung ermöglicht. Jeder Polymertyp weist einzigartige spektrale Eigenschaften auf, was NIR zu einem unverzichtbaren Werkzeug macht für:
- Identifizierung von PA6 vs. PA66 (Nylon)
- Optimaler Bereich: 1350 nm - 2150 nm
- Begründung: Beide sind Polyamide, die in Fasern verwendet werden, unterscheiden sich aber in ihren Schmelzpunkten und molekularen Strukturen, was NIR detektieren kann.
- Anwendungsfall: Gewährleistet die Materialqualität in der Herstellung für Automobil- und Textilanwendungen.
- Feuchtigkeitsgehalt in Kunststoffen
- Optimaler Bereich: 900 nm - 1700 nm
- Begründung: NIR kann den Wassergehalt genau messen, was entscheidend ist für die Sicherstellung der Integrität von Kunststoffen, die im 3D-Druck und anderen Präzisionsformverfahren verwendet werden.
- Anwendungsfall: Jüngste Studien zeigen, wie NIR-Spektrometer defekte 3D-Filamente reduzieren, indem sie den Feuchtigkeitsgehalt in Echtzeit überwachen.
- Unterscheidung von PMMA (Acryl) vs. PC (Polycarbonat)
- Optimaler Bereich: 1600 nm - 2400 nm
- Begründung: PMMA und PC werden häufig in der Optik und für medizinische Geräte verwendet, ihre thermischen Eigenschaften unterscheiden sich jedoch erheblich. NIR hilft, sie effizient zu unterscheiden.
- Anwendungsfall: Gewährleistet präzise Sortierung in Recyclinganlagen für höhere Ausbeute und Qualität.
- Erkennung des TiO2-Gehalts in Kunststoffen
- Optimaler Bereich: 1600 nm - 2400 nm
- Begründung: TiO2 ist ein häufiger Füllstoff in Kunststoffen und Beschichtungen. NIR kann dessen Konzentration beurteilen, die die Opazität und Haltbarkeit des Materials beeinflusst.
- Anwendungsfall: Weitverbreitet in der Qualitätskontrolle für Verpackungsmaterialien.
Einschränkungen beim Kunststoffrecycling
Während NIR für die meisten Kunststoffe effektiv ist, hat es Schwierigkeiten bei der Analyse von mit Ruß gefüllten Kunststoffen aufgrund der Absorptionseigenschaften des schwarzen Pigments. Dies bleibt eine erhebliche Herausforderung in der Recyclingindustrie, aber aufkommende Technologien könnten Lösungen anbieten.
Lebensmittel und Landwirtschaft
Lebensmittel & Landwirtschaft: Überwachung von Qualität & Frische mit NIR NIR-Spektrometer werden umfassend in den Bereichen Lebensmittel und Landwirtschaft eingesetzt, um Qualitätsparameter wie Zuckergehalt, Feuchtigkeitsgehalt und Reife zu überwachen und so Produktkonsistenz und -sicherheit zu gewährleisten. Häufige Aufgaben & optimale Wellenlängenbereiche:
- Messung des Zuckergehalts in Äpfeln
- Optimaler Bereich: 900 nm - 1700 nm
- Begründung: Dieser Bereich erfasst den Schwingungsoberton von Zuckern und ermöglicht schnelle und genaue Bewertungen.
- Anwendungsfall: Eine kürzlich durchgeführte Bachelorarbeit zeigte, wie unsere NIR-Spektrometer den Zuckergehalt präzise maßen und so den optimalen Erntezeitpunkt sicherstellten.
- Reife von Erdbeeren
- Optimaler Bereich: 900 nm - 1700 nm
- Begründung: NIR kann Anthocyane und andere für Farbe und Reife verantwortliche Verbindungen nicht-invasiv überwachen.
- Anwendungsfall: Ermöglicht Landwirten und Lieferanten die Optimierung von Lager- und Transportbedingungen, wodurch Verderb reduziert wird.
- Feuchtigkeitsgehalt in Getreide
- Optimaler Bereich: 900 nm - 1700 nm
- Begründung: Wassermoleküle weisen in diesem Bereich starke Absorptionsspitzen auf, was ihn ideal für schnelle Feuchtigkeitsanalysen in Getreidearten wie Weizen und Mais macht.
- Anwendungsfall: Stellt sicher, dass Getreide die regulatorischen Standards für Trockenheit erfüllt und vermeidet Verderb und Mykotoxinbildung.
Pharmazeutika
Die pharmazeutische Industrie verlässt sich stark auf NIR-Technologie für die inline Qualitätskontrolle während der Produktion, um sicherzustellen, dass Tabletten und Pulver die erforderlichen Spezifikationen erfüllen. Häufige Aufgaben & optimale Wellenlängenbereiche:
- Konzentration des Wirkstoffs (Active Pharmaceutical Ingredient - API)
- Optimaler Bereich: 1350 nm - 2150 nm
- Begründung: NIR wird verwendet, um den API-Gehalt sowohl in festen als auch in flüssigen Formulierungen zu beurteilen und so Gleichmäßigkeit und Dosierungsgenauigkeit sicherzustellen.
- Anwendungsfall: Echtzeitüberwachung während der Tablettenproduktion verhindert kostspielige Chargenablehnungen.
- Feuchtigkeitsgehalt in Pulvern
- Optimaler Bereich: 900 nm - 1700 nm
- Begründung: Die Sicherstellung des richtigen Feuchtigkeitsgehalts ist entscheidend, um Abbau oder ungleichmäßige Vermischung in Pulvern zu verhindern.
- Anwendungsfall: Pharmaunternehmen verwenden NIR, um die Produktstabilität und Haltbarkeit aufrechtzuerhalten.
Auswahl des richtigen NIR-Spektrometers
Die Wahl des geeigneten Spektrometers erfordert die Bewertung Ihrer spezifischen Anwendungsanforderungen. Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren:
Schlüsselparameter
- Wellenlängenbereich: Stimmen Sie den Bereich auf Ihre analytischen Bedürfnisse ab (z.B. Feuchtigkeitserkennung vs. Polymeranalyse).
- Auflösung: Stellen Sie sicher, dass das Gerät subtile spektrale Unterschiede unterscheiden kann.
- Benutzerfreundlichkeit: Achten Sie auf intuitive Software und vorkonfigurierte Bibliotheken für spezifische Anwendungen.
Unser Portfolio - Überblick
- trinamiX
- Tragbare Geräte mit integrierten Materialbibliotheken.
- Ideal für Kunststoffrecycling und Feldanwendungen.
- Inno Spectra
- Fortschrittliche DLP-Sensortechnologie für Hochpräzisionsmessungen.
- Geeignet für industrielle und Laboranwendungen.
- Avenir Photonics
- Hochmoderne Spektrometer mit einem breiten Wellenlängenbereich (900 nm - 2100 nm).
- Entwickelt für anspruchsvolle Forschungs- und Entwicklungsaufgaben.
Fazit
Nahinfrarot-Spektroskopie ist eine unverzichtbare Technologie für Branchen, die eine schnelle, genaue und zerstörungsfreie Materialanalyse erfordern. Ob Sie im Kunststoffrecycling, in der Lebensmittelproduktion oder in der Pharmaindustrie tätig sind, das richtige NIR-Spektrometer kann Abläufe optimieren und Ergebnisse verbessern. Erkunden Sie unser umfassendes Portfolio, um eine auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittene Lösung zu finden. Kontaktieren Sie uns noch heute, um eine Vorführung zu vereinbaren.
About us – Solid Scanner
Let’s take responsibility and recycle more plastics – ask us for suitable solutions. Our portfolio includes solutions ranging from small, portable solutions to individual solutions based on hyperspectral camera systems for simple, automated identification of plastics in the sorting process and for inline process control, e.g. for homogeneity.
About trinamiX – the sensor technology company
trinamiX GmbH, based in Ludwigshafen, was founded in 2015 as a wholly owned subsidiary of BASF SE. As a start-up within the company, it is not only operationally independent, but also has unique access to the expertise and experience of the entire BASF Group. Its patent-pending technologies enable people and machines to capture the hidden and invisible world around them to make better decisions and increase safety.