Prozessanalysentechnik Prozessanalysentechnik - aus dem Labor in die Produktion

Auf einem Kolloquium der Dechema und des AK Prozessanalytik informierten sich rund 80 Teilnehmer über den Status quo und zukünftige Entwicklungen der Prozessanalytik.

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Hochschule Reutlingen

Frankfurt am Main – Unter der Leitung von Prof. Rudolf Kessler, Vorsitzender des AK Prozessanalytik, fand am 19. Februar 2009 im Dechema-Haus in Frankfurt am Main ein Kolloquium zur Prozessanalysentechnik statt. Im Fokus der ersten zwei Vorträge stand die Frage: Wie können wir den Transfer vom Labor in die Produktion schaffen? Mit Dr. Michael Kloska, BASF SE, und Dr. Manfred Rahe, Sartorius, erörterten zwei erfahrene Protagonisten der Prozessanalytik wie diese Analytik als Werttreiber in der Chemischen Industrie fungiert und welche Trends und Lösungsansätze in der Geräteindustrie zukünftig zu erwarten sind.

Dr. Kloska erläuterte, wie die Prozessanalytik hilft, in den Produktionsanlagen der chemischen Industrie die gewünschten Produkte in spezifikationsgerechter Qualität, zum geplanten Zeitpunkt sowie unter Einhaltung des Umweltschutzes und der Anlagen- und Arbeitssicherheit wirtschaftlich herzustellen. Der Einsatz der Prozessanalysentechnik (PAT) kann zu allen Aspekten und Phasen einer wirtschaftlichen und sicheren Produktion einen Beitrag beisteuern. Werttreiber sind alle jene Faktoren, die das wirtschaftliche Ergebnis maßgeblich beeinflussen und deren Verbesserung zu einer Steigerung des Unternehmenswertes führt. Anhand von realen Beispielen aus verschiedenen Phasen der Produktionsprozesse wurde gezeigt, wie die Implementierung und die Integration der PAT in die Produktionsverfahren – und sogar in die Prozesssteuerung – wirtschaftliche und sicherheitstechnische Vorteile bringen kann.

Dr. Rahe führte aus, das trotz aller QS-Maßnahmen der Hersteller bei Laboruntersuchungen des Bundesamts für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit 2005 etwa 25 000 Lebensmittelproben mit qualitätsrelevanten Verunreinigungen oder Fehlzusammensetzungen aufgefallen sind. Das sind ca. sechs Prozent der untersuchten Proben. Im Rahmen der PAT-Initiative (Process Analytical Technology) der FDA (Food and Drug Administration, USA) wird den Herstellern von pharmazeutischen Produkten und Lebensmitteln deshalb nahe gelegt, von der bisherigen Praxis der stichprobenartigen Endkontrolle zu einer Prozessbeherrschung durch prozessbegleitende und -steuernde Prüfungen und Messungen überzugehen. Ziel ist neben einer Prozessoptimierung eine bessere Qualitätssicherung und daraus resultierend verbesserter Verbraucher- bzw. Patientenschutz. Im Rahmen des Vortrags wurden an einigen ausgewählten Beispielen auch Trends in der Geräte- und Technologieentwicklung aufgezeigt.

Neue Sensoren zur Charakterisierung von at-line und in-line Prozessen

Prof. Dr. Bernhard Lendl von der TU Wien stellte in seinem Vortrag neue Sensorsysteme vor. Nach einer allgemeinen Einführung zeigte er, dass sich Quantenkaskadenlaser gut eignen, um in transportablen Messsystemen at-line oder in-line Prozesse zu charakterisieren. Durch die hohe spektrale Leistungsdichte der Laser können auch schwierige Analysenprobleme einer Lösung zugeführt werden. Mithilfe von stehenden Ultraschallfeldern ist es möglich, Partikel in Suspensionen zu manipulieren, da sich diese stabil in den Knotenebenen des Schallfelds anreichern. Die Verwendung von MHz- im Gegensatz zu kHz-Schallwellen erlaubt auch eine schonende Manipulation von Mikroorganismen. Ziel dieser Entwicklung ist die Entwicklung eines faseroptischen Sensors, welcher in der Lage ist in einer Suspension zwischen dem IR Spektrum der Lösung und jenem der in der Lösung enthaltenen Partikeln zu unterscheiden.

Photonendichtewellen-Spektroskopie zur Prozessüberwachung

Die Vortragsreihe wurde durch einen sehr gelungenen Vortrag von Roland Hass, Doktorand aus der Arbeitsgruppe von Prof. Hans-Gerd Löhmannsröben, abgeschlossen, der über die Photonendichtewellen-Spektroskopie zur Prozessüberwachung referierte. Roland Hass stellte eine neue Technik vor, mit der kontaminations- und kalibrationsfrei Absorptions- und Streueigenschaften von stark lichtstreuenden Proben unabhängig voneinander in-line erfasst werden. Die Technik der faseroptischen Photonendichtewellen (PDW)-Spektroskopie erlaubt die Überwachung von chemischen Prozessen in trüben Proben. Die auf Mehrfachstreuung beruhende PDW-Spektroskopie eignet sich insbesondere für die Charakterisierung hochkonzentrierter Dispersionen, wie sie vielfach für technische Produkte von Bedeutung ist. Somit kann ein in-line-Zugriff realisiert und mögliche Probleme, wie sie bei klassischen verdünnungsbasierten Untersuchungen entstehen können, verhindert werden. Außerdem kann der Bereich der abhängigen Streuung quantifiziert werden, um für technische Produkte den optimalen Kosten-Nutzen-Faktor bezüglich der Streueigenschaften zu ermitteln.

Zukunft der Prozessanalytik

In einer sehr lebhaften Aussprache wurde zum Schluss über die Zukunftsaussichten der Prozessanalytik diskutiert. Alle Beteiligten waren sich einig, dass die Spektroskopie ein wichtiger Baustein für die online und inline Charakterisierung von Prozessen ist. Neue Entwicklungen in der Chromatographie (Gas- und Flüssigchromatographie) werden aber in der Prozessanalytik verlorenes Terrain dieser Technologie wieder zurückgewinnen. Die Diskussion wird mit mehreren Vortragsreihen zur Prozessanalytik auf der ACHEMA im Mai 2009 fortgeführt.

* Prof. Dr. R. Kessler, Hochschule Reutlingen, 72762 Reutlingen

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