Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMMOrthogonale spektroskopische Methoden für die Chemometrie und automatisierte Prozessoptimierung
Die neusten Entwicklungen in der Prozessanalyik sind wichtige Schritte hin zur Digitalisierung der chemischen Industrie. Intelligente Analysewerkzeuge, die auf bereits bekannten Methoden beruhen, erlauben eine rasche Entwicklung von neuen Regelungstechniken für chemische Prozesse im Rahmen des aktuellen Forschungsschwerpunkts Industrie 4.0. Noch wichtiger ist jedoch die Kommunikation zwischen den hochauflösenden Analysewerkzeugen und die richtige Interpretation der gesammelten Daten. Solche Kennfelder sind bei jeder physikalischen und chemischen Änderung des zu analysierenden chemischen Prozesses der Grundstein für eine tiefgehende Analyse mittels Big Data Management und Machine Learning.
Drei Instrumente sehen mehr als Eines
Das Hauptziel des Projektes NMRplusX ist die Kombination verschiedener spektroskopischer Methoden für eine umfassende Analyse von Produktströmen aus kontinuierlich betriebenen Syntheseanlage. Die NMR-Spektroskopie wird hier in Verbindung mit der FTIR- und UV-Vis-Spektroskopie verwendet. Jede Methode liefert zentrale Informationen über die Struktur der chemischen Komponenten im Produktstrom zusätzlich zu Umsatzraten und Selektivität. Alle verfügbaren spektroskopischen Informationen werden für die Chemometrie oder die Kalibrierung verwendet und nutzen somit die Synergie aus den drei orthogonalen Spektroskopiemethoden. Eine zentrale Prozesskontrolleinheit harmonisiert die Kommunikation und den sicheren Transfer der Daten zwischen den Spektrometern und der Syntheseanlage.
Intelligente Hardware trifft intelligente Software
Die großen Datenmengen, die von jedem Spektrometer generiert werden, werden mit den Prinzipien des Big Data Management und Machine Learning analysiert und bewertet. Minimale oder systematische Änderungen der spektroskopischen Daten können durch drei Analysemethoden erhoben, verifiziert und mit den physikalischen und chemischen Veränderungen während der Synthese assoziiert werden. Die Ergebnisse des Machine Learning mit den prozessierten Daten kann nun von unserem Modelsubstrat auf die Synthese gewünschter Derivate übertragen werden und dient somit einer schnelleren und zuverlässigeren Prozessentwicklung. Im Projekt NMRplusX nutzen wir die Expertise der Nanalysis Corporation zur Weiterentwicklung von Spektrometer-Hardware zusammen mit der Expertise der Trout GmbH und der Gruppe um Prof. Jason Hein von der University of British Columbia, um chemische Prozesse mittels Chemometrie und Automation zu optimieren.
Unser F&E Angebot
Wir bieten unseren Kunden die Entwicklung, Konstruktion und Bereitstellung von individuell angepassten Spektroskopiemodulen für die Online-Analyse von kontinuierlich betriebenen Syntheseprozessen an. Die modulare Implementierung der verschiedenen spektroskopischen Methoden erlaubt mit Hilfe einer integrierten Prozesskontrolleinheit die aktive Kontrolle über die Syntheseanlage und kann in einem weiten Bereich der Feinchemikaliensynthese eingesetzt werden.
Gefördert durch: BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung, Förderkennzeichen 01DM19004A.