TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Compact NMR Spectroscopy: A Versatile Tool for Automated Continuous-Flow Production of Chemicals and Pharmaceuticals N2 - Chemical companies must find new paths to successfully survive in a changing environment. The potential of digital technologies belongs to these. Flexible and modular chemical plants can produce various high-quality products using multi-purpose equipment with short down-times between campaigns and reduce time to market for new products. Intensified continuous production plants allow for difficult to produce compounds. Therefore, fully automated “chemical” process control along with real-time quality control are prerequisites to such concepts and thus should be based on “chemical” information. The advances of a fully automated NMR sensor were exploited, using a given pharmaceutical lithiation reaction as an example process within a modular pilot plant. A commercially available benchtop NMR spectrometer was integrated to the full requirements of an automated chemical production environment such as , e.g., explosion safety, field communication, and robust evaluation of sensor data. It was thereof used for direct loop advanced process control and real-time optimization of the process. NMR appeared as preeminent online analytical tool and allowed using a modular data analysis tool, which even served as reliable reference method for further PAT applications. In future, such fully integrated and intelligently interconnecting “smart” systems and processes can speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - Seminar of Research Department „Life, Light & Matter“ of the InterdisciplinaryFaculty of the University of Rostock CY - Rostock, Germany DA - 08.01.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Low-field NMR Spectroscopy KW - Online NMR Spectroscopy KW - Modular Production KW - Process Industry KW - Fresenius Lecture PY - 2019 AN - OPUS4-47166 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Gräßer, Patrick A1 - Wander, Lukas A1 - Guhl, Svetlana A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Paul, Andrea A1 - Kern, Simon T1 - NMR Spectroscopy for Online Monitoring and Process Control N2 - The departure from the current automation landscape to next generation automation concepts for the process industry has already begun. Smart functions of sensors simplify their use and enable plug-and-play integration, even though they may appear to be more complex at first sight. Monitoring specific information (i.e., “chemical” such as physico-chemical properties, chemical reactions, etc.) is the key to “chemical” process control. The talk introduces a smart online NMR sensor module provided in an explosion proof housing as example. This sensor was developed for an intensified industrial process (pharmaceutical lithiation reaction step) funded by the EU’s Horizon 2020 research and innovation programme (www.consens-spire.eu). Due to NMR spectroscopy as an “absolute analytical comparison method”, independent of the matrix, it runs with extremely short set-up times in combination with “modular” spectral models. Such models can simply be built upon pure component NMR spectra within a few hours (i.e., assignment of the NMR signals to the components) instead of tedious calibrations runs. The talk also generally covers current aspects of high-field and low-field online NMR spectroscopy for reaction monitoring and process control. T2 - Lonza Shared Best Practice Seminar CY - Visp, Switzerland DA - 26.02.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Reaction Monitoring KW - Online NMR Spectroscopy KW - Compact NMR Spectroscopy KW - Quantitative NMR Spectroscopy PY - 2019 N1 - Geburtsname von Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. - Birth name of Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. AN - OPUS4-47453 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Kern, Simon A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Guhl, Svetlana A1 - Wander, Lukas A1 - Meyer, Klas A1 - Paul, Andrea T1 - How online NMR spectroscopy accelerates chemical process development and manufacturing – From automated spectral analysis to integrated NMR micro reactors N2 - Accelerating chemical process development and manufacturing along with quick adaption to changing customer needs means consequent transformation of former batch to continuous (modular) manufacturing processes. These are justified by an improved process control through smaller volumes, better heat transfer, and faster dynamics of the examined reaction systems. As an example, for such modular process units we present the design and validation of an integrated nuclear magnetic resonance (NMR) micro mixer tailor‐made for a desired chemical reaction based on computational modelling. The micro mixer represents an integrated modular production unit as an example for the most important class of continuous reactors. The quantitative online NMR sensor represents a smart process analytical field device providing rapid and non‐invasive chemical composition information without need for calibration. We describe the custom design through computational fluid dynamics (CFD) for the demands of the NMR sensor as well as for the given reaction conditions. The system was validated with an esterification reaction as an example for a chemical reaction process. Systems utilizing such an online NMR analyser benefits through short development and set‐up times based on “modular” spectral models. Such models can simply be built upon pure component NMR spectra within minutes to a few hours (i.e., assignment of the NMR signals to the components) instead of tedious DoE calibrations runs. We present a range of approaches for the automated spectra analysis moving from statistical approach, (i.e., Partial Least Squares Regression) to physically motivated spectral models (i.e., Indirect Hard Modelling and Quantum Mechanical calculations). The approach was validated for typical industrial reactions, such as hydrogenations or lithiations. This work wants to show the benefit of NMR spectroscopy as online analytical technique in industrial applications for improving process understanding and efficiency. Especially development and set‐up times based on “modular” data analysis models will enable new production concepts, which are currently discussed with respect to digitization of process industry. PANIC is the ideal forum for such discussions in the application of NMR spectroscopy and its data analysis to the everyday problems in process industry. T2 - Practical Applicatiions of NMR in Industry Conference (PANIC) 2019 CY - Hilton Head Island, USA DA - 04.03.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Reaction Monitoring KW - Online NMR Spectroscopy KW - Micro Reactor KW - Data Analysis KW - PANIC PY - 2019 N1 - Geburtsname von Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. - Birth name of Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. AN - OPUS4-47488 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Die Digitalisierung der Prozessindustrie – Voll integrierte und intelligent vernetzte Sensoren und Prozesse für die kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika N2 - Um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können, müssen Chemie-unternehmen neue Pfade beschreiten. Dazu gehört insbesondere das Potential digi-taler Technologien. Mit flexiblen, modularen chemischen Vielzweck-Produktionsanlagen lassen sich häufig wechselnde Produkte mit kürzeren Vorlauf- und Stillstandzeiten zwischen den Kampagnen und dennoch hoher Qualität realisie-ren. Intensivierte, kontinuierliche Produktionsanlagen erlauben auch den Umgang mit schwierig zu handhabenden Substanzen. Grundvoraussetzung für solche Konzepte ist eine hochautomatisierte "chemische" Prozesskontrolle zusammen mit Echtzeit-Qualitätskotrolle, die "chemische" Informati-onen über den Prozess bereitstellt. In einem Anwendungsbeispiel wurde eine phar-mazeutische Lithiierungsreaktion aus einer modularen Pilot-Anlage betrachtet und dabei die Vorzüge eines vollautomatischen NMR-Sensors untersucht. Dazu wurde ein kommerziell erhältliches Benchtop-NMR-Spektrometer mit Permanentmagnet auf die industriellen Anforderungen, wie Explosionsschutz, Feldkommunikation und voll-automatischer, robuster Datenauswertung angepasst. Der NMR-Sensor konnte schließlich erfolgreich im vollautomatischen Betrieb nach fortschrittlichen Regelkon-zepten und für die Echtzeitoptimierung der Anlage getestet werden. Die NMR-Spektroskopie erwies sich als hervorragende Online-Methode und konnte zusammen mit einer modularen Datenauswertung sehr flexibel genutzt werden. Die Methode konnte überdies als zuverlässige Referenzmethode zur Kalibrierung konventioneller Online-Analytik eingesetzt werden. Zukünftig werden voll integrierte und intelligent vernetzte "smarte" Sensoren und Pro-zesse eine kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika mit ver-tretbaren Qualitätskosten möglich machen. T2 - ANAKON 2019 CY - Münster, Germany DA - 25.03.2019 KW - Digitalisierung KW - Datenauswertung KW - Digitaler Zwilling KW - Prozessindustrie KW - Prozessanalytik PY - 2019 AN - OPUS4-47650 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Meyer, Klas A1 - Maiwald, Michael T1 - NMR Validation - Measurement Uncertainty N2 - There is a need within the NMR community to progress forward in exploring new facets in which we can use analytical techniques to advance our understanding of various systems. One aspect the NMR community hasn’t fully encompassed is the validation process, which also involves setting reference standards, establishing a common language that directly relates to NMR, communication relating to validation, and much more. This workshopcontribution starts with an overview on international metrology for qNMR spectroscopy. Since NMR is completely described by mathematical equations, the measurement unceartainty can directly be dreived from formula. Examples are presented. These are differentiated between type A and B evaluations. Finally the Expanded Unceartainty is defined. Since the user needs a risk-based unceartainty assessment, different "leagues" for routine, advanced, and high level needs are proposed to make clear, that no all sources of uncertainty have to be taken in considerention at practical levels. T2 - Practical Applications of NMR in Industry Conference (PANIC) 2019 - Validation Workshop CY - Hilton Head Island, USA DA - 04.03.2019 KW - Quantitative NMR Spectroscopy KW - qNMR KW - Uncertainty Evaluation KW - Weighing Uncertainty KW - NMR Method Validation PY - 2019 AN - OPUS4-47509 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Liehr, Sascha A1 - Wander, Lukas A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Kern, Simon A1 - Müller, S. A1 - Kowarik, Stefan T1 - Künstliche Neuronale Netze für quantitative Online-Spektroskopie in der Prozessindustrie – Lästige Modellbildung ade? N2 - Bei Industry 4.0 dreht sich alles um Interkonnektivität, sensorgestützte Prozesssteuerung und datengesteuerte Systeme. Prozessanalysentechnik (PAT) wie die Online-Kernresonanzspektroskopie (NMR) gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie zur Automatisierung und Digitalisierung in der Produktion beiträgt. Eine klassische Auswertung von Prozessdaten und deren Umsetzung in Wissen ist jedoch bisher in vielen Fällen aufgrund der unzureichend großen verfügbaren Datensätze nicht möglich oder nicht wirtschaftlich. Bei der Entwicklung eines automatisierten Verfahrens für die Prozesskontrolle stehen manchmal nur die Basisdaten einer begrenzten Anzahl von Batch-Versuchen aus typischen Produkt- und Prozessentwicklungskampagnen zur Verfügung. Diese Datensätze sind jedoch nicht groß genug, um maschinengestützte Verfahren zu trainieren. Um diese Einschränkung zu überwinden, wurde ein neues Verfahren entwickelt, das eine physikalisch motivierte Multiplikation der verfügbaren Referenzdaten erlaubt, um einen ausreichend großen Datensatz für das Training von maschinellen Lernalgorithmen zu erhalten. Das zugrundeliegende Beispiel einer chemischen Synthese wurde spektroskopisch verfolgt und mit der neuen Methode sowie mit einem physikalisch basierten Modell analysiert, wobei sowohl eine anwendungsrelevante Niederfeld-NMR als auch eine Hochfeld-NMR-Spektroskopie als Referenzmethode verwendet wurde. Künstliche neuronale Netze (ANNs) haben das Potenzial, bereits aus relativ begrenzten Eingabedaten wertvolle Prozessinformationen abzuleiten. Um jedoch die Konzentration unter komplexen Bedingungen (viele Edukte und weite Konzentrationsbereiche) vorherzusagen, sind größere ANNs und damit ein größerer Trainingsdatensatz erforderlich. Wir zeigen, dass ein mäßig komplexes Problem mit vier Edukten unter Verwendung von ANNs in Kombination mit der vorgestellten PAT-Methode (Niederfeld-NMR-Spektroskopie) und mit dem vorgeschlagenen Ansatz zur Erzeugung aussagekräftiger Trainingsdaten bewältigt werden kann. T2 - 16. Kolloquium Arbeitskreis Prozessanalytik CY - Online meeting DA - 23.11.2020 KW - Prozessindustrie KW - Online-NMR-Spektroskopie KW - Industrie 4.0 KW - Künstliche Neuronale Netze KW - Prozessanalytik KW - Digitale Transformation PY - 2020 AN - OPUS4-51647 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Aktuelles zur Technologie-Roadmap "Prozess-Sensoren 4.0" N2 - Die auf der NAMUR Hauptsitzung 2015 vorgestellte Technologie-Roadmap „Prozess-Sensoren 4.0“ zeigt die damaligen Anforderungen an Prozess-Sensoren sowie an deren Kommunikations-fähigkeiten auf. Wir berichten über die Umsetzungen der damaligen Ideen/Thesen aus heutiger Sicht und blicken nach vorn. T2 - Workshop NAMUR-Hauptsitzung 2020 CY - Online meeting DA - 05.11.2020 KW - Prozessindustrie KW - Technologie-Roadmap "Prozess-Sensoren 4.0" KW - NAMUR KW - Automation KW - Prozessanalytik KW - Sensoren PY - 2020 AN - OPUS4-51523 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Peters, Claudia A1 - Meyer, Klas T1 - Interlaboratory comparison of benchtop NMR spectrometers – Purities at 200 and 10 mmol/L N2 - Due to its advantages of being a direct comparison method, quantitative NMR spectroscopy (qNMR) becomes more and more popular in industry. While conventional high-field NMR systems are often associated with high investment and operational costs, the upcoming market of permanent-magnet based benchtop NMR systems show a considerable option for a lot of applications. The mobility of these systems allows to bring them more closely to the real production environment, e.g. for at-line quality control. In this work we present an interlaboratory comparison study investigating the qNMR performance of state-of-the-art benchtop NMR spectrometers. Therefore, BAM prepared two samples of a mixture of NMR reference standards tetramethylbenzene (TMB) and tetrachloronitrobenzene (TCNB) at concentration levels of 200 mM and 10 mM. These “ready-to-use” samples were sent to participant laboratories, which performed analysis on their benchtop NMR equipment of different vendors and fields from 43 to 80 MHz. Raw data was reported back and further investigated by using different data analysis methods at BAM. After this very first qNMR comparison study of benchtop NMR spectrometers show promising results, following studies are planned to cover more parts of the qNMR process, e.g. sample preparation and weighing, but also data analysis, as commonly done in similar studies for high-field NMR spectroscopy in industry and metrology. T2 - The United States Pharmacopeial Convention (USP) Emerging Technologies Workshop & Roundtable CY - Online meeting DA - 17.11.2020 KW - Quantitative NMR Spectroscopy KW - QNMR KW - Purity KW - Interlaboratory Comparison KW - Low-field NMR Spectroscopy PY - 2020 UR - https://www.cvent.com/events/emerging-technologies-workshop-roundtable-quantitative-nmr-and-digital-data-applications-overview-an/event-summary-f128e4bfbedc48d6946f554ea719d6b1.aspx?dvce=1 AN - OPUS4-51526 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Liehr, Sascha A1 - Wander, Lukas A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Kern, Simon A1 - Müller, S. A1 - Kowarik, Stefan T1 - Integrated and Networked Systems and Processes – A Perspective for Digital Transformation in (Bio) Process Engineering N2 - The competitiveness of the process industry is based on ensuring the required product quality while making optimum use of equipment, raw materials and energy. Chemical companies have to find new paths to survive successfully in a changing environment, while also finding more flexible ways of product and process development to bring their products to market more quickly – especially high-quality high-end products like fine chemicals or pharmaceuticals. The potential of digital technologies belongs to these. One way is knowledge-based production, taking into account all essential equipment, process and regulatory data of plants and laboratories. Today, the potential of this data is often not yet consistently used for a comprehensive understanding of production. Another approach uses flexible and modular chemical plants, which can produce different high-quality products using multi-purpose equipment with short downtimes between campaigns and reduce the time to market of new products. Digital transformation is enabling completely new production concepts that are being used increasingly. Intensified continuous production plants also allow for difficult to produce compounds. This contribution aims to encourage a more holistic approach to the digitalization and use of machine-assisted methods in (bio) process engineering by introduction of integrated and networked systems and processes, which have the potential to speed up the high-quality production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - 6th BioProScale Symposium - industrial scale bioprocess intensification from process development to large-scale understanding CY - Online meeting DA - 29.03.2021 KW - Industry 4.0 KW - Biotechnology KW - Bio engineering KW - Process Analytical Technology KW - BioProScale KW - Artificial Neural Networks PY - 2021 UR - https://biotechnologie.ifgb.de/node/648 AN - OPUS4-52371 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Kipphardt, Heinrich A1 - Khanipour, Peyman A1 - Tuma, Dirk T1 - Messverfahren für Wasserstoff: Qualität durch Zertifizierung – Standortvorteile in Deutschland N2 - Die Veranstaltungsreihe "Neue Märkte erschließen – mit Normen und Standards hoch hinaus", die vom DIN gemeinsam mit der NOW GmbH organisiert wird, richtets sich vorwiegend an KMUs. Fokus der Veranstaltung sind Messverfahren für Wasserstoff. Der Beitrag der BAM führt sehr kurz die Rolle nationaler und internationaler Normung sowie weltweiter Metrologie im Rahmen der Meterkonvention bezüglich analytischer Qualitätssicherung und Zertifizierung von Gasen und Referenzmaterialien ein. Es werden aktuelle Beispiele für die Qualitätssicherung von Wasserstoff, mögliche dazu notwendige Ausrüstung und weiterführende Literaturquellen vorgestellt. T2 - Neue Märkte erschließen – mit Normen und Standards hoch hinaus CY - Online meeting DA - 18.03.2021 KW - Wasserstoff KW - Normung KW - Standortvorteil KW - Analytik KW - Wasserstoffanalytik KW - Wasserstoff Referenzmaterial KW - Gasanalytik PY - 2021 AN - OPUS4-52296 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -