Von der isolierten NCO-Bande zu einem Wert, mit dem Sie arbeiten können.
Wie eine Eintauch-Raman-Sonde im Reaktor – die inline, direkt im Medium und ohne Probenentnahme misst – die isolierte Isocyanat-NCO-Bande, die Harnstoff-Durchbruchbande und den Epoxid-Endpunkt in NCO%, den R-Index, EEW und Restmonomer auf Ihrem Leitsystem in Sekunden umwandelt – und jeden Bediener von der Diisocyanat-Probe fernhält.
Der Reaktionsendpunkt bildet sich auf einer Handvoll spezifischer Banden ab.
Monochromatisches Laserlicht wird in die Reaktionsmischung eingestrahlt. Der Großteil streut unverändert zurück; ein kleiner Anteil tauscht Energie mit Molekülschwingungen aus und kehrt verschoben zurück – und diese Verschiebungen sind charakteristisch für die Bindungen, die sie verursacht haben. Die Isocyanat-NCO-Streckschwingung bei ~2270 cm⁻¹ ist eines der stärksten und am stärksten isolierten Ziele in der Schwingungsspektroskopie, sodass NCO%, der Epoxid-Endpunkt und Restmonomer aus einem einzigen Spektrum sauber abgelesen werden können.
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.
Die Banden, auf denen diese Chemien basieren
NCO% wird aus der starken, isolierten Bande bei ~2270 cm⁻¹ abgelesen, und der R-Index (NCO/OH-Verhältnis) folgt daraus. Eine Harnstoffbande bei ~1630 cm⁻¹ signalisiert einen Durchbruch der trockenen Atmosphäre des Reaktors. Das Epoxid-Äquivalentgewicht und Rest-Epichlorhydrin werden aus demselben Spektrum abgelesen. Jede Bande ist schmal und charakteristisch, sodass mehrere Parameter aus einer einzigen Messung aufgelöst werden.
Zusammensetzung, kein Proxy
Raman liest die Zusammensetzung direkt. Ein Inline-Viskosimeter liefert einen Reaktionsfortschritts-Proxy, aber kein NCO%; NIR liest ebenfalls NCO, jedoch auf einer weniger isolierten Bande als die Raman-Bande bei ~2270 cm⁻¹. Das Raman-Spektrum liefert NCO%, den Endpunkt und Restmonomer gleichzeitig.
NCO-Titration und GC bleiben die analytische Referenz. Inline-Raman ersetzt sie dort, wo Entscheidungszeit, Messkontinuität und Bedienersicherheit entscheidend sind – die Offline-Methoden werden zur Verifikation, nicht zum Engpass.
Von der Reaktorwand bis zum Kontrollraum.
Vier Glieder in der Kette: eine Eintauchsonde im Prozess, Glasfasern zum Analysator, chemometrische Modelle in Spectrally OS und Ihr Leitsystem am Ende. Es gibt keine Probenahmeschleife – die Messung ist inline und erfolgt direkt im Medium.
Eintauchsonde im Reaktor oder in der Leitung. IP67, ATEX/IECEx Zone 0, ausgestattet mit dem Selbstreinigungsmodul für reaktive Harze, die auf Optiken filmen oder aushärten.
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 fortgeschrittene Chemometrie mit CNN-Kern übersetzen das Spektrum in NCO%, den R-Index, Epoxid-Äquivalentgewicht und Restwerte sowie PASS-FAIL-Flags 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 und das Arbeitstier hier – die isolierte NCO-Bande bei ~2270 cm⁻¹ ist ein nahezu ideales Raman-Ziel, wobei ein CNN die Interpretation übernimmt.
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. Es liest ebenfalls NCO, jedoch auf einer weniger isolierten Bande als die Raman-Bande bei ~2270 cm⁻¹.
Komplementäre Sensorik für spezifische Herausforderungen. Die Technik wird für die Chemie gewählt, nicht umgekehrt.
Reaktive Harze härten auf optischen Fenstern aus. Die Sonde ist dafür gebaut.
Epoxid-, Polyurethan-Prepolymer- und Reaktivklebstoff-Ablagerungen bilden Filme und härten auf jeder optischen Oberfläche aus, die im Prozess verbleibt. In stark verschmutzenden Medien würde das Raman-Signal innerhalb von Stunden bis Tagen des Betriebs degradieren. Das Selbstreinigungsmodul eliminiert diese Fehlerquelle mit einem mechanischen Zyklus: zurückziehen, spülen, zurückkehren.
Warum Optiken verschmutzen
Aushärtende Epoxid- und Prepolymer-Schichten bauen sich während der Reaktion auf der Sondenoptik auf. Ein verschmutztes Fenster bedeutet zunächst driftende Spektren, später unbrauchbare Spektren – in stark verschmutzenden 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.
Die Sonde bleibt drin, der Bediener bleibt draußen
Da sich die ausfahrbare Sonde in situ selbst reinigt, öffnet niemand den Reaktor, um eine manuelle TDI/MDI-Probe zu ziehen. Die Sonde arbeitet in ATEX/IECEx Zone 0, mit einem 30-mW-Laser, wo die Zone dies erfordert.
Eine Fähigkeit, kein Zubehör
Ohne Selbstreinigung erfordert eine Prozesssonde im Reaktivharz-Einsatz 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 kontinuierliche 24/7-Messungen in Epoxid-, Prepolymer- und Reaktivklebstoff-Chemie realistisch.
Es schließt auch den Expositionspfad. Der Zyklus läuft während der Produktion automatisch ab, sodass es keine manuelle Optikwartung mitten in einer Kampagne gibt, keine Lücke in den Daten, die Ihr Leitsystem sieht – und keinen Bediener am Reaktor, der eine Diisocyanat-Probe zieht.
Vom Spektrum zu einem Prozesswert, kontinuierlich.
Bis zu 40 Minuten Wartezeit auf die Di-n-butylamin-NCO-Titration – entfallen.
Rückverfolgbare Auflösung von Komponenten bis in den einzelnen ppm-Bereich über die gesamte Plattform.
Von der Machbarkeitsstudie bis zur Inline-Messung im laufenden Betrieb: 3 bis 5,5 Monate.
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-Kern – das Arbeitstier
Ein Faltungsnetzwerk erfasst die gesamte Bandenstruktur auf einmal – befindet sich dieses Präpolymer auf seinem NCO-Zielwert, entspricht dieses eingehende Polyol der Spezifikation. Bei Reaktivharz-Spektren übertrifft der CNN-Kern die PLS/PCA-Referenz, gegen die er bewertet wird.
Regression auf Zahlenwerte
Das Modell bildet das Spektrum auf Zahlenwerte ab – NCO% und der R-Index, Epoxid-Äquivalentgewicht, restliches Epichlorhydrin und freies Isocyanat-Monomer – mehrere Parameter aus einer einzigen Messung.
Anomalieerkennung
Das Modell reduziert ein Spektrum auf seine Einflussfaktoren und kennzeichnet, was nicht dazugehört – eine Harnstoffbande bei ca. 1630 cm⁻¹ erscheint als Verletzung der Trockenatmosphäre, nicht als Kundenreklamation.
Modelle starten mit einer Machbarkeitsstudie – typischerweise Ihren Prozessdaten plus Proben, die im Gekko-Labor gemessen werden. Aufgebaut auf Ihrer Epoxid- oder Isocyanat-Matrix, nicht auf einer generischen Bibliothek.
Vorhersagen werden gegen Ihre Referenzmethode geprüft – Di-n-butylamin-Titration für NCO, GC für Restmonomer – 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 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 | KI / erweiterte Chemometrie, CNN-Kern (PLS/PCA-Referenz) |
| 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.
Zeitgestempelter Chargenbericht
Messung und Protokollierung laufen auf einer lokalen Datenbank, sodass pro Charge ein kontinuierlicher, zeitgestempelter Zusammensetzungsbericht entsteht – und mit der Eliminierung der manuellen Probenahme steht dieser Bericht stellvertretend für die Bedienerexposition. Modelländerungen werden protokolliert und sind prüffähig.
Führen Sie die gesamte Kette an Ihrem eigenen Reaktor durch.
Eine Machbarkeitsstudie beginnt mit repräsentativen Proben oder Prozessdaten aus Ihrem Epoxid- oder Präpolymerstrom. Gekko erstellt das chemometrische Modell auf Ihrer Matrix, benchmarkt es gegen Ihre Referenzmethode – Di-n-butylamin-NCO-Titration oder GC – und übergibt die Spektren, Bandenzuordnungen und die validierten Zahlen hinter Ihren NCO%-, R-Index- und EEW-Fragen, bevor eine Hardware-Entscheidung getroffen wird.