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Überwachung von Herstellungsverfahren

Massenspektrometer analysiert in Echtzeit in der Gas- und Flüssigphase

| Redakteur: Marc Platthaus

Matthias Stier, Verfahrensingenieur am Fraunhofer IGB, demonstriert die Empfindlichkeit des Prozessmassenspektrometers Foxyspec.
Matthias Stier, Verfahrensingenieur am Fraunhofer IGB, demonstriert die Empfindlichkeit des Prozessmassenspektrometers Foxyspec. (Bild: Platthaus)

Für die Überwachung von Herstellungsverfahren ist der automatisierte Nachweis von Produkten oder Nebenprodukten direkt im Prozess nicht mehr wegzudenken.

Ein schnelles und selektives Verfahren, um Verbindungen in technischen, chemischen und biotechnischen Anwendungen sehr empfindlich und gleichzeitig über einen extrem großen Messbereich zu analysieren, ist die Massenspektrometrie. Neben der Identifizierung von Verbindungen ist es mit dieser Methode auch möglich, die Ionenströme quantitativ auszuwerten. Über eine integrierte Datenauswertung können so Konzentrationen der zu überwachenden Stoffe ermittelt und Konzentrationsänderungen, beispielsweise bei chemischen oder biochemischen Reaktionen, erfasst werden.

Bisher war in der Prozess-Massenspektrometrie der Nachweis allerdings auf Verbindungen aus der Gasphase beschränkt. Nun haben Forscher der Fraunhofer-Institute für Chemische Technologie ICT und Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB ein Massenspektrometer entwickelt, mit dem gleichzeitig sowohl Gase als auch Flüssigkeiten in Echtzeit überwacht werden können. Kernstück des neuartigen Messsystems Foxyspec ist ein modifizierter, als Bypass angelegter Einlass zur Analysatoreinheit, mit dem auch Komponenten aus der Flüssigphase analysiert werden können. An diesem Einlass ist eine mikroporöse Membran angebracht. Für polare, wässrige Lösungen dagegen ist die Membran undurchlässig.

Ihre spezielle räumliche Struktur macht sie zudem unempfindlich gegen Verstopfung durch Feststoffe. Darüber hinaus wird mit einem neu entwickelten Messfühler sogar die In-situ-Analyse von Flüssigkeiten, beispielsweise in Fermentern bei biotechnologischen Herstellungsprozessen möglich. „In diesem Fall befindet sich die Membran, in den Messfühler integriert, direkt im Inneren des Reaktors“, beschreibt der Verfahrensingenieur Matthias Stier vom Fraunhofer IGB den Vorteil.Aufgrund des physikalischen Phasentransfers in der chemisch inerten Membran zeigen beide Einlasssysteme keine Querempfindlichkeit und sind sehr langzeitstabil. Das System wurde für die Shortlist des Achema Innovation Awards in der Kategorie Labor- und Analysentechnik nominiert.

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