Von einem molekularen Fingerabdruck zu einem Wert in Ihrem DCS.
Inline bedeutet, dass die Messung direkt im Prozess erfolgt – die Sonde verbleibt im Reaktor, in der Rohrleitung oder in der Mischlinie und misst rund um die Uhr ohne Probenahme. Dies ist die vollständige Prozesskette für Harnstoff, UAN/RSM, DEF/AdBlue und Biuret: Raman-Streuung in ein Rohspektrum, chemometrische Modelle in Spectrally OS und Prozesswerte, die direkt an Ihr Leitsystem übergeben werden.
Ein molekularer Fingerabdruck, gelesen mit Laserlicht.
Monochromatisches Laserlicht wird in die Lösung eingestrahlt. Der größte Teil wird unverändert zurückgestreut. Ein kleiner Anteil tauscht Energie mit Molekülschwingungen 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 von Harnstoff, Ammoniumnitrat, Biuret und Nitrat im selben Strom wirkt.
Inelastische Streuung trägt die Information
Der Laser (785 oder 1064 nm) beleuchtet das Medium durch die Immersionssonde. Photonen, die inelastisch streuen, verschieben sich in der Wellenlänge um Beträge, die durch die Molekülschwingungen bestimmt werden, auf die sie trafen. Die Auftragung der Intensität gegen die Raman-Verschiebung (cm⁻¹) ergibt das Rohspektrum, und die Bandenintensität ist proportional zur Konzentration.
Ein Fingerabdruck, kein Stellvertreter
Raman-Banden sind schmal und charakteristisch für spezifische Substanzen, sodass Harnstoff, Ammoniumnitrat, Biuret und Nitrat aus einem einzigen Spektrum abgelesen werden können. Das ist der Unterschied zur Refraktometrie, die nur den Gesamtgehalt gelöster Feststoffe erfasst und Harnstoff nicht von Ammoniumnitrat unterscheiden kann.
Wasser bleibt aus dem Weg
Wasser ist ein schwacher Raman-Streuer. In wässrigen Stickstofflösungen – Harnstofflösung, UAN/RSM, DEF/AdBlue, Abwasser – wird das Analytsignal durch den Wasserhintergrund nicht überdeckt. Bei FT-IR gilt das Gegenteil: Wasser absorbiert stark und zerstört die Messung. NIR durchdringt Wasser besser, aber die Banden überlappen und die Spezifität leidet.
HPLC, Kjeldahl und Titration bleiben die analytische Referenz. Inline-Raman ist Echtzeit-Prozessmesstechnik statt Warten auf das Labor, sodass diese Methoden zur Verifizierung werden, nicht zum Engpass. Eine Grenze: Raman verifiziert die Zusammensetzung, misst jedoch nicht die Spurenmetalle in DEF (Fe, Ca, Na) – diese bleiben bei ICP.
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, in der Rohrleitung, im Mischer oder in der Mischlinie. IP67, ATEX/IECEx Zone 0, ausgestattet mit dem einziehbaren Selbstreinigungssystem für Ströme, die Feststoffe mitführen oder kristallisieren können.
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.
KI und fortschrittliche Chemometrie mit einem CNN-Kern übersetzen das Spektrum in Konzentrationen, Verhältnisse und PASS-FAIL-Flags und übergeben diese dann 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 – Molekülschwingungen, die für spezifische Substanzen charakteristisch sind, inline in wässrigen Medien abgelesen. Für Stickstoff- und DEF-Chemie ist dies das Arbeitstier.
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.
Klare Lösungen verschmutzen wenig. Der Zyklus ist für den Fall vorgesehen, dass sie nicht klar bleiben.
Harnstoff, UAN/RSM und DEF/AdBlue laufen als klare, niedrigviskose wässrige Lösungen, sodass ein optisches Fenster in diesen Strömen deutlich länger sauber bleibt als in einem Harzreaktor. Verschmutzung zeigt sich hier an den Rändern – Harnstoff, der auf einer kalten Oberfläche kristallisiert, eine Trübungsspitze im Abwasser, Granulatstaub in der at-line Harnstoff-QK. Das Selbstreinigungssystem bewältigt diese Fälle mit einem mechanischen Zyklus: Einziehen, Spülen, Zurückfahren.
Wo Ablagerungen tatsächlich herkommen
Dies sind keine verschmutzenden Reaktoren. Die Fehlerart ist gelegentlich: kristallisierter Harnstoff auf einer kühleren Oberfläche, kleine Feststoffe oder Trübung im Abwasser, Staub in der at-line Granularbeit. Eine klare Lösung kann eine lange Kampagne mit stabilem optischen Fenster laufen.
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
Abwasser mit variabler Trübung und gelegentlichen Spitzen, Punkte, an denen die Lösung kristallisieren kann, und eine Sonde, die für gemischte Aufgaben über mehrere Ströme eingesetzt wird. In einer sauberen Harnstoff- oder DEF-Leitung kann sie selten oder gar nicht zyklieren.
Eine Fähigkeit, kein Zubehör
Für eine klare Harnstoff- oder DEF-Lösung benötigt die kontinuierliche Messung oft gar keine Reinigung. Wo ein Strom Feststoffe mitführt oder kristallisieren kann, würde manuelle Reinigung das Unterbrechen einer kontinuierlichen Messung bedeuten – daher ist das Modul in Spectrally X1 PROBE und Spectrally X1 INLINE integriert und läuft während der Produktion automatisch.
Der Zyklus läuft ohne manuellen Optikstopp mitten in einer Kampagne, sodass keine Lücke in den Daten entsteht, die Ihr Leitsystem sieht. Ob Ihr Strom dies überhaupt benötigt, wird in der Machbarkeitsstudie ehrlich bewertet.
Vom Spektrum zu einem Prozesswert, kontinuierlich.
Bis zu 90 Minuten Wartezeit auf Kjeldahl-Gesamtstickstoff – entfallen.
Mittlerer Vorhersagefehler für Ammoniumstickstoff über den Standardbereich.
Gesamtstickstoff in Düngemittelgranulat, auf Rohspektren.
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.
Ein CNN-Kern, keine lineare Anpassung
Spectrally OS läuft auf KI und fortschrittlicher Chemometrie mit einem Kern aus faltenden neuronalen Netzen. Traditionelle PLS- und PCA-Chemometrie ist der Industriestandard, an dem es gemessen wird – der CNN-Kern ist bei denselben Spektren genauer und schneller.
Spektrum zu Zahlen
Die Regressionsrolle bildet das Spektrum auf Konzentrationen ab: Harnstoff, Biuret, Nitrat und die weiteren Analyten, auf die Ihre Spezifikation läuft – mehrere aus einer einzigen Messung, in Sekunden.
Abweichung und PASS-FAIL
Die Klassifikationsrolle kennzeichnet, was nicht dazugehört. Eine spezifikationsabweichende Harnstoffkonzentration oder ein unerwarteter Anteil erscheint als Abweichung und als PASS-FAIL-Alarm – nicht als Kundenbeschwerde.
Modelle starten mit der Machbarkeitsstudie – typischerweise Ihre F&E-Daten plus Proben, die im Gekko-Labor gemessen werden. Aufgebaut auf Ihrer Matrix – Harnstofflösung, UAN-Mischung, DEF, Abwasser – nicht aus einer generischen Bibliothek.
Vorhersagen werden gegen Referenzmessungen – Kjeldahl, HPLC, Titration – auf Ihrer Matrix geprüft, bevor das Modell in der Produktion eingesetzt wird.
Modelle werden mit Ihren Produktionsdaten verstärkt, sobald diese anfallen. Updates werden eingespielt, ohne den Analysator oder die Linie anzuhalten.
Geplant, wenn Rezeptur, Rohstoff oder Prozessparameter sich ändern. Ein Modellwechsel – keine Plattform-Neugestaltung.
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 | KI / fortschrittliche Chemometrie, CNN-Kern |
| 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 / Ihr DCS, wo ein Messwert das Dosierwasser bei einer UAN-Mischung korrigieren, eine spezifikationsabweichende DEF-Charge zurückhalten oder einen Biuret-Trendalarm auslösen kann, bevor der Reaktor aus der Spezifikation driftet.
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 vollständige Prozesskette auf Ihren eigenen Stickstoffströmen aus.
Eine Machbarkeitsstudie beginnt mit repräsentativen Proben oder F&E-Daten aus Ihrem Harnstoff-, UAN/RSM-, DEF/AdBlue- oder Biuret-Prozess. Wir erstellen und validieren das chemometrische Modell im Gekko-Labor und zeigen Ihnen genau, was die Kette von der Sonde bis zum DCS auf Ihrer Linie messen würde – vor jeder Hardware-Entscheidung. Ihre Machbarkeitsstudie legt die exakten Zahlen für Ihre Matrix auf den Tisch, validiert gegen Ihre Referenzmethode.