Indirect Hard Modeling zur vereinfachten Kalibrierung spektroskopischer Messtechnikenin der Produktion

Abstract:
Die Bedeutung berührungsloser Qualitätsmessungen im Produktionseinsatz hat wegen robuster Techniken, z.B. der FTIR-Spektroskopie, und wegen sinkender Gerätekosten zugenommen. Allerdings werden Kalibriermodelle benötigt, um die interessierende Messgröße (Konzentrationen) aus den aufgezeichneten Spektren zu bestimmen. Hierzu kommen heute im Wesentlichen multivariate Methoden wie PLS zum Einsatz, die relativ hohe Kosten für die Erstellung und Wartung der Modelle nach sich ziehen. Gerade im Produktionseinsatz mit wechselnden Bedingungen ist bei diesen datengetriebenen, linearen Methoden eine regelmäßige Nach- oder Neukalibrierung nötig. Eine interessante Alternative hierzu ist die Methodenklasse des „Indirect Hard Modeling“ (IHM), die wegen ihrer Nähe zur Physik mit weniger Kalibriermessungen auskommt. Dieser Vortrag diskutiert IHM als Kalibriermethode für den Inline-Einsatz in der verfahrenstechnischen Produktion unter besonderer Berücksichtigung von Temperatureffekten. IHM unterscheidet zwischen einem Spektren- und dem eigentlichen Kalibriermodell. Das Spektrenmodell gibt phänomenologisch die Form der Banden wieder und erfasst Nichtlinearitäten in den Spektren, wie sie durch Molekülwechselwirkungen oder Temperatureffekte in vielen praktisch interessierenden Gemischen auftreten, explizit. In systematischen Untersuchungen erwies sich IHM als wesentlich robuster im Vergleich zu PLS. Abschließend wird die Anwendung von IHM-Methoden im industriellen Maßstab am Beispiel des Monitorings von Konzentrationen an mehreren Messstellen einer Destillationskolonne betrachtet.

Keywords:
Indirect Hard Modeling, Spektroskopie, Kalibrationstransfer