Von molekularer Schwingung bis zur einem Wert, mit dem Sie arbeiten können.
Wie aus einer selbstreinigenden Raman-Sonde im Reaktor Konzentrationen, Verhältnisse und Abweichungsmeldungen in Ihrer Leitwarte werden – in Sekunden.
Ein molekularer Fingerabdruck, gelesen mit Laserlicht.
Monochromatisches Laserlicht wird in die Reaktionsmischung eingestrahlt. Der Großteil wird unverändert zurückgestreut. Ein kleiner Anteil tauscht Energie mit molekularen Schwingungen aus und kehrt verschoben zurück – und diese Verschiebungen sind charakteristisch für die Bindungen, die sie verursacht haben. Das Ergebnis ist ein Spektrum, das wie ein Fingerabdruck aller Bestandteile der Mischung funktioniert.
Inelastische Streuung trägt die Information
Der Laser (785 oder 1064 nm) beleuchtet das Medium durch die Eintauchsonde. Photonen, die inelastisch streuen, verschieben sich in der Wellenlänge um Beträge, die durch die Molekülschwingungen bestimmt sind, auf die sie trafen. Die Auftragung der Intensität gegen die Raman-Verschiebung (cm⁻¹) ergibt das Rohspektrum.
Ein Fingerabdruck, kein Stellvertreter
Raman-Banden sind schmal und charakteristisch für spezifische Substanzen, sodass mehrere Komponenten aus einem einzigen Spektrum ausgelesen werden können. Das ist der Unterschied zu Einzelparametersensoren, die in mehrkomponentigen Kondensationsmischungen versagen.
Wasser bleibt aus dem Weg
Wasser ist ein schwacher Raman-Streuer. In wässrigen Kondensationsmedien – PF-, UF-, MUF/MF-Kochungen, Formalinströme – wird das Analytsignal nicht vom Wasserhintergrund überlagert. Bei FT-IR gilt das Gegenteil: Wasser absorbiert stark und zerstört die Messung. NIR liest besser durch Wasser, aber die Banden überlappen und die Spezifität leidet.
HPLC und Titration bleiben die analytische Referenz. Inline-Raman ersetzt sie dort, wo Entscheidungszeit und Messkontinuität entscheidend sind – die Offline-Methoden werden zur Verifikation, nicht zum Engpass.
Von der Reaktorwand bis zum Kontrollraum.
Vier Glieder in der Kette: eine Immersionssonde im Prozess, Glasfaseroptik zum Analysator, chemometrische Modelle in Spectrally OS und Ihr Leitsystem am Ende. Es gibt keine Probenahmeschleife irgendwo darin.
Eintauchsonde im Reaktor oder in der Leitung. IP67, ATEX/IECEx Zone 0, ausgestattet mit dem Selbstreinigungsmodul für foulingbildende Medien.
Anregungslicht gelangt zur Sonde und Streulicht kehrt über die Faser zurück, sodass der Analysator abseits des Prozessbereichs stehen kann, während die Sonde im Medium verbleibt.
785 / 1064 nm Laseranregung, rückbelichteter TEC-gekühlter CCD-Detektor. Standardmäßig bis zu 2 Messkanäle, auf Anfrage mehr.
CNN-, PLS- und PCA-Modelle übersetzen das Spektrum in Konzentrationen, Verhältnisse und PASS-FAIL-Meldungen und übergeben diese an Ihre SPS / Ihr DCS.
Die Hardware in der Kette
Die Zahlen, die den Messpfad von der Sonde zum Analysator definieren. Die Kalibrierung erfolgt automatisch gegen eine in die Sonde integrierte Referenz – es gibt keinen manuellen Rekalibrierungszyklus, der eingeplant werden muss.
| Messprinzip | Raman-Spektroskopie |
| Laserwellenlänge | 785 nm / 1064 nm |
| Detektor | Rückseitig dünner CCD, TEC-gekühlt |
| Erfassungszeit | 5-300 s |
| Faseroptische Reichweite | Bis zu 100 m |
| Messkanäle | Bis zu 2 (auf Anfrage erweiterbar) |
| Sonde | Spectrally X1 PROBE, IP67, ATEX/IECEx Zone 0, selbstreinigend |
| Kalibrierung | Automatisch – Referenz in der Sonde integriert |
| Kommunikation | PROFIBUS, PROFINET, GSM |
Raman ist der Kern, nicht die gesamte Werkzeugkiste
Die Kerntechnik – molekulare Schwingungen, charakteristisch für spezifische Substanzen, inline in wässrigen Medien ausgelesen.
Oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie auf metallischen Nanostrukturen, typischerweise Ag oder Au – eingesetzt, wenn Analytenkonzentrationen im ppb-ppm-Bereich liegen, unterhalb der klassischen Raman-Empfindlichkeit.
Nahinfrarot als Ergänzung, wo Raman-Banden schwach sind – zum Beispiel bei einigen O-H-Bindungen.
Komplementäre Sensorik für spezifische Herausforderungen. Die Technik wird für die Chemie gewählt, nicht umgekehrt.
Harze verschmutzen optische Fenster. Die Sonde ist dafür gebaut.
Phenolische und aminische Kondensationsablagerungen setzen sich auf jeder optischen Oberfläche ab, die im Prozess verbleibt. In stark foulingbildenden Medien würde das Raman-Signal innerhalb von Stunden bis Tagen Betriebszeit degradieren. Das Selbstreinigungsmodul eliminiert diese Fehlerquelle mit einem mechanischen Zyklus: zurückziehen, spülen, zurückkehren.
Warum Fenster verschmutzen
Ablagerungen und Reaktionsschichten bilden sich auf der Sondenoptik, während die Kondensation läuft. Ein verschmutztes Fenster bedeutet zunächst driftende Spektren, später unbrauchbare Spektren – in stark foulingbildenden Medien innerhalb von Stunden bis Tagen.
Der Zyklus erhält die Messgeometrie
Die Sonde zieht sich aus dem Medium zurück, das optische Fenster wird gespült, und die Sonde kehrt in dieselbe Messposition zurück. Die Geometrie bleibt fixiert, sodass die Messwerte über die gesamte Kampagne vergleichbar bleiben.
Wo es sich bewährt
Stark foulingbildende Reaktoren – Phenol-, Harnstoff-Formaldehyd-, Alkyd- und Acrylharze. Prozesse mit Feststoffen oder Suspensionen. Lange Produktionskampagnen ohne absehbares Servicefenster.
Eine Fähigkeit, kein Zubehör
Ohne Selbstreinigung erfordert eine Prozesssonde im Harzbetrieb manuelle Reinigung – und manuelle Reinigung bedeutet die Unterbrechung einer kontinuierlichen Messung. Das Modul ist in Spectrally X1 PROBE und Spectrally X1 INLINE integriert und macht eine kontinuierliche 24/7-Messung in der Phenol- und Aminchemie erst realistisch.
Der Zyklus läuft automatisch während der Produktion, sodass kein manueller Optikservice mitten in einer Kampagne und keine Lücke in den Daten entsteht, die Ihr Leitsystem sieht.
Vom Spektrum zu einem Prozesswert, kontinuierlich.
Bis zu 45 Minuten HPLC-/Titrationswartezeit – eliminiert.
Mittlerer absoluter Fehler gegenüber der Referenzmethode.
Säurezahl- und Viskositätsregressionen an echtem Harz.
Spectrally OS wandelt Spektren in betriebliche Informationen um.
Rohspektren sind für einen Bediener wertlos. Spectrally OS übersetzt sie in Konzentrationen, Verhältnisse, PASS-FAIL-Klassifizierungen und Alarme – und führt eine protokollierte, prüffähige Historie der für die Übersetzung verwendeten Modelle.
CNN – Mustererkennung und Klassifikation
Konvolutionale Netze klassifizieren komplexe Spektren: Entspricht diese Rohstoffcharge der Spezifikation, ist dies der Strom, den das Rezept erwartet.
PLS – Mehrparameter-Regression
Partielle kleinste Quadrate bildet das Spektrum auf Zahlen ab: Konzentrationen von freiem Phenol, Harnstoff und den anderen Analyten, auf denen Ihre Spezifikation basiert – mehrere aus einer einzigen Messung.
PCA – Anomalieerkennung
Hauptkomponentenanalyse reduziert das Spektrum auf seine Treiber und kennzeichnet, was nicht dazugehört – ein unerwarteter Anteil im Reaktor erscheint als Abweichung, nicht als Kundenreklamation.
Modelle starten mit der Machbarkeitsstudie – typischerweise Ihre F&E-Daten plus Proben, die im Gekko-Labor gemessen werden. Aufgebaut auf Ihrer Matrix, nicht auf einer generischen Bibliothek.
Vorhersagen werden gegen Referenzmessungen auf Ihrer Matrix geprüft, bevor das Modell in der Produktion Vertrauen erhält.
Modelle werden mit Ihren Produktionsdaten verstärkt, sobald diese anfallen. Updates werden eingespielt, ohne den Analysator oder die Linie anzuhalten.
Geplant bei Änderungen von Rezeptur, Rohstoff oder Prozessparametern. Eine Modelländerung – keine Plattform-Neukonstruktion.
Spectrally OS auf einen Blick
Eine Modellebene läuft über Spectrally X1 LAB, X1 PORTABLE und X1 INLINE, sodass ein in der Machbarkeitsstudie erstelltes Modell auf das Prozessinstrument migriert. Der Routinebetrieb benötigt keine Reagenzien und keine Verbrauchsmaterialien.
| Supported instruments | Spectrally X1 LAB / PORTABLE / INLINE |
| Predictive models | CNN, PLS, PCA |
| Spektrendatenbank | Proprietary + public, ~28,000 spectra |
| Operator interface | SpectrallyUI |
| Operating system | Debian GNU/Linux 13.2 |
| Kalibrierung | Automatisch, über ein integriertes Referenzsignal |
| Data export | CSV, PDF, RAW |
| User management | Role-based access control (RBAC) |
| Data storage | Lokale Datenbank – Protokollierung läuft ohne Netzwerk weiter |
| Modell-Updates | Bereitstellung ohne Anhalten des Analysators |
Ein Wert zählt, wenn er in Ihrem Leitsystem ankommt.
Spectrally überträgt Prozesswerte – nicht Rohspektren – in die Steuerungs- und Datenebenen der Anlage. SpectrallyUI zeigt Trends und Alarme am Analysator; dieselben Werte erreichen Ihre SPS / DCS, wo eine Messung eine Sollwertkorrektur, einen Alarm, einen Qualitätsbericht oder eine Chargensperrung auslösen kann.
SPS / DCS
Werte kommen als Prozesssignale über PROFIBUS oder PROFINET an – einheitlich über alle Spectrally-Produkte. Für den Bediener liest sich der Analysator wie jedes andere Instrument im Regelkreis.
MES / SCADA / LIMS
Standortspezifisch konfiguriert: Chargenkontext im MES, Trend- und Überwachungsfunktionen im SCADA, Abgleich mit Laboraufzeichnungen im LIMS.
GSM und Export
GSM ist über die gesamte Produktlinie neben den Feldbusprotokollen verfügbar. Datencxporte in CSV, PDF und RAW für Berichte und Archivierung.
Netzwerkintegration
Segmentierung, Whitelisting, keine offenen Ports zum Unternehmensnetzwerk – typische OT-Richtlinien werden während der Integration mit Ihren Automatisierungs- und IT-Teams abgestimmt.
Industrielle Cybersicherheit
Die Anforderungen der IEC 62443 für industrielle Automatisierungssysteme werden im Integrationsumfang berücksichtigt, einschließlich Backup und Wiederherstellung von Messdaten.
Kontinuität und Prüfpfad
Messung und Protokollierung laufen auf einer lokalen Datenbank, sodass Messwerte weiterlaufen, wenn das Netzwerk ausfällt. Modelländerungen werden protokolliert und sind auditierbar.
Führen Sie die gesamte Kette mit Ihren eigenen Proben aus.
Eine Machbarkeitsstudie beginnt mit repräsentativen Proben oder F&E-Daten aus Ihrem Prozess. Wir bauen und validieren das chemometrische Modell im Gekko-Labor und zeigen Ihnen genau, was die Kette von Sonde bis DCS auf Ihrer Linie messen würde – vor jeder Hardware-Entscheidung.