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Prozessanalysen in Echtzeit für die Industrie 4.0

Echtzeit-Massenspektrometer für gleichzeitige Gas- und Flüssigkeiten Analyse.

Matthias Stier
Abteilung Umweltbiotechnologie und Bioverfahrenstechnik

Massenspektrometrie ist ein Verfahren um chemische Verbindungen in technischen, chemischen und biotechnischen Anwendungen empfindlich und gleichzeitig über einen extrem großen Messbereich zu analysieren. Dabei werden die Stoffe ionisiert und über ein elektrisches Feld in einen Analysator geleitet, wo die Stoffe über ihr Masse-Ladungsverhältniss in einem Magnetfeld sortiert werden. Neben der Identifizierung von Verbindungen können so auch die Konzentrationen bestimmen werden. Durch ein patentiertes Einlasssystem und die Verwendung einer mikroprösen Membran können Gase und Flüssigkeiten (bis zu 30 Komponenten) während eines Produktionsprozesses simultan analysiert werden.

Bisher konnten in der Prozess-Massenspektrometrie nur Verbindungen aus der Gasphase analysiert werden. Über eine mikroporöse Membran können gleichzeitig sowohl Gase als auch Flüssigkeiten in Echtzeit überwacht werden. Auf der Membran Oberfläche verdampfen flüchtige Substanzen aus flüssigen Proben und werden durch die Membran gesaugt. Für polare, wässrige Lösungen dagegen ist die Membran undurchlässig. Ihre spezielle räumliche Struktur macht sie zudem unempfindlich gegen Verstopfung durch Feststoffe. Mit einer Nachweisgrenze unter 10 µg Substanz pro Liter der Möglichkeit mehrere Komponenten gleichzeitig in Echtzeit zu messen ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung von industriellen Prozessen.

Anwendungsmöglichkeiten

  • In-situ-Analyse von Flüssigkeiten, beispielsweise in Fermentern bei biotechnologischen Herstellungsprozessen

  • Autopilot für Herstellungsprozesse in der Chemie- und Biotechnologiebranche einsetzen

  • Detektion von Verunreinigungen oder Gefahrenstoffen in Luft und Wasser

Abteilung Umweltbiotechnologie und Bioverfahrenstechnik

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Ihr Ansprechpartner
Matthias Stier

Matthias Stier studierte an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Bioverfahrenstechnik. 2009 zog er zur Durchführung seiner Diplomarbeit am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) nach Stuttgart und beendete sein Studium auf dem Gebiet der Herstellung und Verwendung spezifischer Adsorber­partikel für die Wasseraufbereitung. Nach einer einjährigen Anstellung als Verfahrenstechniker am Fraunhofer IGB ist Herr Stier ab Juli 2011 Doktorand am Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie (IGVP) der Universität Stuttgart und war bis 2014 Stipendiat der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU). In diesem Rahmen entwickelt er das Verfahren zur Umwandlung von Biogas zu Methanol und wurdet 2014 vom Ideenwettbewerb der Stiftung Energie & Klimaschutz Baden-Württemberg mit dem ersten Platz ausgezeichnet. Seit Januar 2015 ist er Leiter der Gruppe Grenzflächen-verfahrenstechnische Prozesse des IGVPs und zudem seit März 2015 Wissenschaftler am Fraunhofer IGB.

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