Düngemittel – Anwendungen

Die als Raman-Spektroskopie bekannte molekulare Spektroskopietechnik beruht auf der inelastischen Streuung von monochromatischem Licht an molekularen Strukturen. Die Anregungszustände der Moleküle werden durch das einfallende Laserlicht verändert, was dazu führt, dass die Moleküle Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen im Verhältnis zur Anregungswellenlänge erzeugen (sogenannte Stokes- oder Anti-Stokes-Verschiebungen). Jede Substanz hat ein einzigartiges Raman-Spektrum. Aus diesem Grund können das Vorhandensein und die Zusammensetzung verschiedener Chemikalien mit Hilfe der Raman-Streuung nachgewiesen und quantifiziert werden.

Die Raman-Spektroskopie ist ein zerstörungsfreies Verfahren, das heißt, die Probe wird in keiner Weise beschädigt oder verändert. Es handelt sich außerdem um ein berührungsloses Verfahren, d. h. es kann zur Analyse von Proben verwendet werden, ohne dass diese mit ihnen in Kontakt kommen. Dies macht die Raman-Spektroskopie zu einem idealen Verfahren für die Analyse empfindlicher oder sensibler Proben.

Bei der Qualitätskontrolle von Düngemitteln können viele Probleme auftreten, wie z. B.:

• Unzulänglichkeiten im Produktionsprozess: Bei der Herstellung von Düngemitteln werden verschiedene chemische Komponenten und komplexe Verfahren eingesetzt, was zu Unvollkommenheiten und Instabilität bei der Produktion führen kann. Düngemittel müssen bestimmten Spezifikationen hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung entsprechen, z. B. dem Stickstoff-, Phosphor- und Kaliumgehalt, und die Nichteinhaltung dieser Spezifikationen kann ihre Qualität beeinträchtigen.
• Verunreinigungen: Düngemittel können mit verschiedenen Substanzen wie Schwermetallen, Pestiziden, Herbiziden usw. verunreinigt sein, was ihre chemische Zusammensetzung und Qualität beeinträchtigen kann. Verunreinigungen können aus einer Vielzahl von Quellen stammen, z. B. aus Rohstoffen, Wasser, der Umwelt und sogar aus dem Produktionsprozess selbst.
• Lagerungs- und Transportprozesse: Düngemittel werden unter verschiedenen Bedingungen gelagert und transportiert, die ihre Qualität und chemische Zusammensetzung beeinflussen können. Hohe Temperaturen, Feuchtigkeit, UV-Strahlung usw. können zu chemischen Veränderungen und zum Verlust des Nährwerts führen.
• Überwachung der Qualität: Das Unternehmen muss über Instrumente zur Überwachung der Qualität von Düngemitteln verfügen, z. B. chemische Tests und Raman-Spektroskopie, um sicherzustellen, dass die chemische Zusammensetzung und der Nährwert den Anforderungen entsprechen. Die auf dem Markt erhältlichen Lösungen sind derzeit sehr teuer, und die meisten KMU können sie sich nicht leisten.
• Bestimmung des Verfallsdatums: Düngemittel müssen mit einem Verfallsdatum gekennzeichnet sein und vor dem Verfallsdatum verwendet werden. Düngemittel, die ihre Haltbarkeitsdauer überschritten haben, können ihren Nährwert verlieren oder ihre chemische Zusammensetzung verändern, was ihre Qualität beeinträchtigt.
• All diese Fragen der Qualitätskontrolle von Düngemitteln sind wichtig, da sich die Qualität der Düngemittel direkt auf den Ernteertrag und die Lebensmittelqualität auswirkt. Daher müssen die Düngemittelhersteller wirksame Qualitätskontrollsysteme einführen, um sicherzustellen, dass ihre Produkte den Anforderungen entsprechen und den Bedürfnissen der Landwirte und Verbraucher gerecht werden.

Unsere Lösung ist eine Antwort auf die kritischsten Probleme von KMU in der Düngemittelindustrie:

1. Erhöht die Effizienz des Produktionsprozesses durch Beschleunigung und Automatisierung des Qualitätskontrollprozesses. Anstatt Proben zu sammeln und an ein externes Labor zu schicken, überwacht der Bediener die Qualität der Substrate, Zwischenprodukte und Produkte kontinuierlich mit speziellen Miniaturspektralphotometern, die in der Anlage installiert und für die in der Anlage hergestellten Substanzen bestimmt sind.
2. Sie erhöht die Qualität der hergestellten Produkte, indem sie den Prozess der Qualitätskontrolle verbessert. Ermöglicht Qualitätskontrolle in Echtzeit.
3. Es senkt die Produktionskosten und den Zeitaufwand, da die Produktionslinie nicht mehr für die Qualitätskontrolle angehalten werden muss und die Kosten für die Prüfung der Stoffqualität sinken.
4. Das System ist umfassend und kostengünstiger als Lösungen der Konkurrenz - das übergeordnete Ziel ist die Verbesserung der Produktqualität bei gleichzeitiger Kostensenkung.
   Für die Bedienung des Systems ist kein Fachpersonal erforderlich. Stattdessen ist es so konzipiert, dass es von nicht qualifizierten Mitarbeitern in der Produktion bedient werden kann.

Der erste Anwendungsfall unserer Raman-Spektrophotometrie ist die Bestimmung der Qualität von Chemikalien in Düngemitteln, d. h. ihrer Reinheit und Stabilität. Diese Technik ermöglicht die Überwachung von Veränderungen im Spektrum der Substanzen, die auf das Vorhandensein von Verunreinigungen oder Veränderungen in der chemischen Struktur hinweisen können, die die Wirksamkeit des Düngemittels beeinträchtigen können.

Das Raman-Spektrum ist eine Wellenkarte, die die Intensität des gestreuten Lichts als Funktion der Frequenz oder Wellenlänge zeigt. Jede chemische Substanz hat ein einzigartiges Raman-Spektrummuster, das von den charakteristischen Schwingungen und Bewegungen der Atome und Moleküle in der Probe abhängt.

Die Raman-Spektralanalyse identifiziert Chemikalien in einer Probe, indem sie deren Spektralmuster mit Referenzdaten vergleicht. Diese Technik ermöglicht auch die Bestimmung der chemischen Struktur der Substanz sowie die Bestimmung ihrer Menge in der Probe.

Letztendlich kann die Raman-Spektrophotometrie bei der Düngerformulierung eingesetzt werden, um die Zusammensetzung und Dosierung von Düngemitteln zu optimieren. Mit dieser Technik lassen sich die Struktur und die physikalischen Eigenschaften der Moleküle bestimmen, so dass die Zusammensetzung und die Dosierung des Düngemittels an den jeweiligen Bedarf angepasst werden können.