TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Kern, Simon A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Guhl, Svetlana A1 - Wander, Lukas A1 - Meyer, Klas T1 - Accelerating chemical process development and manufacturing by online NMR spectroscopy 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 - Symposium: Quantitative NMR Methods for Reaction and Process Monitoring (NMRPM) 2019 CY - Kaiserslautern, Germany DA - 31.01.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Process Industry KW - Online NMR Spectroscopy KW - Data Analysis KW - Digitization KW - CONSENS PY - 2019 N1 - Geburtsname von Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. - Birth name of Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. AN - OPUS4-47297 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Prozessindustrie Gemeinsam Digital – Forschungsbedarf für die Digitalisierung der Prozessindustrie N2 - Die Digitale Transformation durchdringt weite Teile der Industrie mit einer zunehmenden Vernetzung und Digitalisierung entlang der Wertschöpfungskette. Basierend auf dem Whitepaper der DECHEMA „Digitalisierung in der Chemieindustrie“ entsteht die Vision eines gläsernen Apparates mit einem zeitlich, räumlich und methodisch dichtem Monitoring der Betriebszustände, das eine daten- und modellbasierte Optimierung transienter oder instationärer Prozesse (das heißt An-/Abfahren, Laständerungen, etc.) erlaubt. Auch der nicht bestimmungsmäßige Betrieb von Apparaten oder Modulen wird zuverlässig erkannt. Basis ist hier die Implementierung von innovativer Messtechnik und neuartigen Sensoren in Kombination mit der Anwendung datengetriebener oder rigoroser Modelle zur Prozesssimulation und -kontrolle. Anlagen, die auf diesem Konzept basieren, lassen sich sicher an Stabilitäts- bzw. Kapazitätsgrenzen und mit höherem Durchsatz betreiben. Trotz schwankender Rohstoffqualitäten kann eine gleichbleibende Zielqualität der Produkte mit rentablen Qualitätssicherungskosten garantiert werden. Dazu ist eine Vernetzung über weitere Branchen (Softwareingenieure, MSR-Technik, Betreiber, Hersteller) notwendig. Sie ergänzt komplementär die ENPRO-Initiative mit Themen der modularen Anlagenplanung und -konstruktion und modular verteilter Intelligenz. Ein Digitalisierungsbedarf besteht auch für bereits vorhandenen Anlagenbestand bzw. zukünftig nicht modular gestalteter Produktionsapparate der chemischen Industrie, um auch dort einen wesentlichen Beitrag zur Ressourcen- und Energieeffizienz zu leisten. T2 - DECHEMA-Workshop "Impulse für die Forschungsförderung - Digitalisierung" CY - Frankfurt am Main, Germany DA - 14.02.2019 KW - Pozessindustrie KW - Digitalisierung KW - Industrie 4.0 KW - Digitale Transformation KW - Forschungsbedarf PY - 2019 AN - OPUS4-47385 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Im Wohnzimmer haben wir es zuerst – Wie Innovationen für den Massenmarkt die Digitalisierung der Prozessindustrie vorantreiben N2 - Automatisierungstechnik, sowie die Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) verschmelzen zunehmend. In der Prozessindustrie tut man sich aber schwer, die heu-te schon möglichen daten- oder modellbasierten Steuerungen auf Basis smarter Sen-soren und Aktoren einzusetzen oder allein Anforderungen daran vorzugeben. Viele aktuelle Entwicklungen der Zulieferer werden verwehrt und man wartet lieber ab. Es bilden sich schon jetzt rasant schnell neue digitale Geschäftsmodelle in der Pro-zessindustrie, wie es schon mit der zunehmenden Verbreitung des Internets beobach-tet werden konnte. Wenn die Automatisierer und Anlagenspezialisten jetzt nicht ge-stalten, tun es andere. Früher war es umgekehrt: Informations- und Kommunikationstechnik für Profis konn-ten sich nur die Großkonzerne leisten. Die Technologie vom Personalcomputer bis zum Smart-Gerät und ihre Peripherie wurden und werden ausschließlich durch den Massenmarkt vorangetrieben. Also müssen wir umdenken und Wege finden, die rasch voranschreitende Informations- und Kommunikationstechnik geschickt für die Digitalisierung umbiegen. Der Beitrag erörtert aktuelle Diskussionen über netzartige Verbindungen der Feldge-räte (Sensoren und Aktoren) untereinander und zur Cloud sowie über virtuelle Server-verbünde und Applikationen, die auf Cloud-Diensten basieren. Mit einem solchen System ist die Einrichtung beliebiger Dienstleistungen und Funktionen auf der Basis der jeweils gängigen Methoden und Technologie des Internets möglich. Beispiele für Dienstleistungen sind beispielsweise auf prozessanalytische oder Sensordaten auf-bauende Instandhaltungsdienste oder Energiedienste für Anlagen. T2 - 14. Kolloquium Prozessanalytik CY - Hannover, Germany DA - 03.12.2018 KW - Digitalisierung KW - Prozessindustrie KW - Prozessanalytik KW - Automatisierung KW - Innovationen KW - Informations- und Kommunikationstechnik PY - 2018 AN - OPUS4-46899 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - The internet of things in the lab and in process - The digital transformation challenges for the laboratory 4.0 T1 - Das Internet of Things in Labor und Prozess - Herausforderungen des digitalen Wandels für das Labor 4.0 N2 - It is a fact that much of the time spent on analytical laboratory instrumentation these days goes into system maintenance. Digital transformation could give us more time again for creativity and our actual laboratory work – if we shape it the right way. N2 - Fakt ist: Einen Großteil der Zeit, der an analytischen Laborgeräten verbracht wird, nimmt heute die Systempflege in Anspruch. Der digitale Wandel kann uns endlich wieder mehr Zeit für Kreativität und die eigentliche Laborarbeit geben – wenn wir ihn richtig gestalten. KW - Lab of the Future KW - Digitalisation KW - Automation KW - Data Analysis KW - Instrument Communication KW - Labor der Zukunft KW - Digitale Transformation KW - Automatisierung KW - Gerätekommunikation PY - 2020 IS - 4 SP - 1 EP - 3 PB - Lumitos AG CY - Darmstadt AN - OPUS4-50618 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - Impulse zur Nutzung smarter Sensoren und Aktoren - Aktuelle Aktivitäten und Anwendungsbeispiele N2 - Eine der vielen Vorzüge smarter Sensoren und Aktoren ist die Bereitstellung zusätzlicher Informationen, auf die zukünftig neben bereits verwendeten Signalen zugegriffen werden kann. In verschiedenen Arbeitskreisen wird dieser Themenbereich im wechselseitigen Austausch mit Geräte- und Softwareherstellern und Forschungseinrichtungen vorangetrieben. In diesem Beitrag wird der aktuelle Stand der Diskussionen anhand von Beispielen erläutert. KW - Smarter Sensor KW - Smarter Aktor KW - Digitale Transformation KW - Prozessindustrie KW - NAMUR PY - 2020 DO - https://doi.org/10.17560/atp.v62i1-2.2468 SN - 2364-3137 VL - 62 IS - 1-2 SP - 72 EP - 79 PB - Vulkan-Verlag GmbH (Verlag) CY - Essen AN - OPUS4-50443 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Maiwald, Michael T1 - On the way to the cyber-physical lab T1 - Auf dem Weg zum cyber-physical Lab N2 - Laboratories tend to be central hubs for chemical, biotechnological, pharmaceutical or foodstuff production. They play a key role in research and development, chemical analysis, quality assurance, maintenance and process control. For process development and optimization, process analytical technology (PAT) has proven to be a powerful tool to improve our understanding of processes, increase productivity, reduce waste and costs and shorten processing times. N2 - Im Allgemeinen sind Laboratorien zentrale Drehscheiben für die chemische, biotechnologische, pharmazeutische oder Lebensmittelproduktion. Sie spielen eine Schlüsselrolle in Forschung und Entwicklung, chemischer Analytik, Qualitätssicherung, Instandhaltung und Prozesskontrolle. Für die Prozessentwicklung und -Optimierung hat sich die Prozessanalysentechnik (PAT) als leistungsfähiges Werkzeug erwiesen, um das Prozessverständnis zu verbessern, die Produktivität zu steigern, Abfall und Kosten zu reduzieren und die Prozesszeit zu verkürzen. KW - Lab of the Future KW - Digitalisation KW - Cyber-physical Lab KW - Smart Laboratoy PY - 2020 SP - 1 EP - 3 PB - Lumitos AG CY - Darmstadt AN - OPUS4-51036 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Compact NMR spectroscopy: A versatile tool for automated continuous-flow production of chemicals and pharmaceuticals N2 - Um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können, müssen Chemieunternehmen neue Pfade beschreiten. Dazu gehört insbesondere das Potential digitaler Technologien. Mit flexiblen, modularen chemischen Vielzweck-Produktionsanlagen lassen sich häufig wechselnde Produkte mit kürzeren Vorlauf- und Stillstandzeiten zwischen den Kampagnen und dennoch hoher Qualität realisieren. 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" Informationen über den Prozess bereitstellt. In einem Anwendungsbeispiel wurde eine pharmazeutische 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 vollautomatischer, robuster Datenauswertung angepasst. Der NMR-Sensor konnte schließlich erfolgreich im vollautomatischen Betrieb nach fortschrittlichen Regelkonzepten 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 Prozesse eine kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika mit vertretbaren Qualitätskosten möglich machen. T2 - Niederfeld-NMR-Spektroskopie: Ein universelles Werkzeug für automatisierte, kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika T2 - Fresenius-Lecture Hochschule Reutlingen CY - Reutlingen, Germany DA - 18.12.2019 KW - Prozessindustrie KW - Smarte Sensoren KW - Online-NMR-Spektroskopie KW - Digitalisierung KW - Datenanalyse PY - 2019 AN - OPUS4-50111 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Kern, Simon A1 - Liehr, Sascha A1 - Wander, Lukas A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Müller, S. A1 - Maiwald, Michael A1 - Kowarik, Stefan T1 - Training data of quantitative online NMR spectroscopy for artificial neural networks N2 - Data set of low-field NMR spectra of continuous synthesis of nitro-4’-methyldiphenylamine (MNDPA). 1H spectra (43 MHz) were recorded as single scans. Two different approaches for the generation of artificial neural networks training data for the prediction of reactant concentrations were used: (i) Training data based on combinations of measured pure component spectra and (ii) Training data based on a spectral model. Synthetic low-field NMR spectra First 4 columns in MAT-files represent component areas of each reactant within the synthetic mixture spectrum. Xi (“pure component spectra dataset”) Xii (“spectral model dataset”) Experimental low-field NMR spectra from MNDPA-Synthesis This data set represents low-field NMR-spectra recorded during continuous synthesis of nitro-4’-methyldiphenylamine (MNDPA). Reference values from high-field NMR results are included. KW - NMR spectroscopy KW - Real-time process monitoring KW - Artificial neural networks KW - Online NMR spectroscopy KW - Automation KW - Process industry PY - 2020 DO - https://doi.org/10.5281/zenodo.3677139 PB - Zenodo CY - Geneva AN - OPUS4-50456 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Kern, S. A1 - Guhl, Svetlana A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Wander, L. T1 - Modular process control with compact NMR spectroscopy – From Field Integration to Automated Data Analysis N2 - Chemical and pharmaceutical 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. A current approach uses flexible and modular chemical production units, 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. NMR spectroscopy appeared as excellent online analytical tool and allowed a modular data analysis approach, which even served as reliable reference method for further Process Analytical Technology (PAT) applications. Using the available datasets, a second data analysis approach based on artificial neural networks (ANN) was evaluated. Therefore, amount of data was augmented to be sufficient for training. The results show comparable performance, while improving the calculation time tremendously. In future, such fully integrated and interconnecting “smart” systems and processes can increase the efficiency of the production of specialty chemicals and pharmaceuticals. At the end of the article, ideas for solutions are discussed in order to speed up the implementation of new special products from the point of view of process analytics and to network the existing process chains more closely. T2 - PATriCK 2022 – Merck conference on PAT technology CY - Darmstadt, Germany DA - 19.10.2022 KW - Process Analytical Technology KW - Digitalisation KW - Process Industry KW - Online NMR Spectroscopy KW - Modular Production PY - 2022 AN - OPUS4-56089 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Meyer, Klas A1 - Kern, Simon A1 - Guhl, Svetlana A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Wander, Lukas A1 - Kowarik, Stefan A1 - Liehr, Sascha A1 - Abele, M. A1 - Falkenstein, S. T1 - Modular process control with compact NMR spectroscopy – From field integration to automated data analysis N2 - Chemical and pharmaceutical 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. A current approach uses flexible and modular chemical production units, 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. NMR spectroscopy appeared as excellent online analytical tool and allowed a modular data analysis approach, which even served as reliable reference method for further Process Analytical Technology (PAT) applications. Using the available datasets, a second data analysis approach based on artificial neural networks (ANN) was evaluated. Therefore, amount of data was augmented to be sufficient for training. The results show comparable performance, while improving the calculation time tremendously. In future, such fully integrated and interconnecting “smart” systems and processes can increase the efficiency of the production of specialty chemicals and pharmaceuticals. T2 - GIDRM Day (Gruppo Italiano Discussione Risonanze Magnetiche) - Data analysis and NMR: from fundamental aspects to health and material applications CY - Online meeting DA - 14.10.2022 KW - Process Control KW - Online NMR Spectroscopy KW - Industry 4.0 KW - Process Analytical Technology KW - Data Analysis KW - Machine-Assisted Workflows PY - 2022 DO - https://doi.org/http://www.gidrm.org/index.php/activities/workshops/2022-workshops/gidrm-day-data-analysis-and-nmr-from-fundamental-aspects-to-health-and-material-applications AN - OPUS4-56002 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Guhl, Svetlana A1 - Kern, Simon A1 - Meyer, Klas A1 - Wander, Lukas T1 - Integrated and Networked Systems and Processes - How NMR Spectroscopy Can Transform our Chemical and Pharmaceutical Production N2 - Chemical and pharmaceutical companies need to find new ways to survive successfully in a changing environment, while finding more flexible ways of product and process development to bring their products to market faster - especially high-value, high-end products such as fine chemicals or pharmaceuticals. This is complicated by changes in value chains along a potential circular economy. One current approach is flexible and modular chemical production units that use multi-purpose equipment to produce various high-value products with short downtimes between campaigns and can shorten time-to-market for new products. Online NMR spectroscopy will play an important role for plant automation and quality control, as the method brings very high linearity, matrix independence and thus works almost calibration-free. Moreover, these properties ideally enable automated and machine-aided data analysis for the above-mentioned applications. Using examples, this presentation will outline a possible more holistic approach to digitalization and the use of machine-based processes in the production of specialty chemicals and pharmaceuticals through the introduction of integrated and networked systems and processes. T2 - 43rd FGMR Annual Discussion Meeting CY - Karlsruhe, Germany DA - 12.09.2022 KW - Digital Transformatioin KW - Process Industry KW - Pharmaceuticals KW - Specialty Chemicals KW - Automation KW - Online NMR Spectroscopy KW - Industry 4.0 PY - 2022 AN - OPUS4-55715 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Jacobasch, Stefan A1 - Duffner, Eric A1 - Goedecke, Thomas A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Mair, Georg A1 - Schendler, Thomas A1 - Gradt, Thomas A1 - Askar, Enis A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Schröder, Volkmar A1 - Maiwald, Michael A1 - Holtappels, Kai A1 - Tschirschwitz, Rico A1 - Neumann, Patrick P. T1 - Unser Beitrag zum Thema Wasserstoff N2 - Die BAM ist nahezu über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg wissenschaftlich tätig. Von der sicheren und effizienten Wasserstofferzeugung (POWER-to-GAS), über die (Zwischen-)Speicherung von Wasserstoff in Druckgasspeichern bis hin zum Transport bspw. mittels Trailerfahrzeug zum Endverbraucher. Komplettiert werden die Aktivitäten der BAM durch die sicherheitstechnische Beurteilung von wasserstoffhaltigen Gasgemischen, die Verträglichkeitsbewertung von Werkstoffen bis hin zur Detektion von Wasserstoffkonzentrationen über geeignete Sensorik, auch mittels ferngesteuerter Messdrohnen (sog. UAV-Drohnen). Zudem untersucht die BAM proaktiv Schadensrisiken und Unfallszenarien für die Sicherheitsbetrachtung, um mögliche Schwachstellen aufzeigen und potenzielle Gefährdungen erkennen zu können. KW - Wasserstoff KW - Wasserstofferzeugung KW - Energiespeicherung KW - Gasdetektion KW - Risikoanalyse KW - Power-to-Gas KW - Explosionsschutz KW - Tribologie KW - Druckgasspeicher KW - Glasspeicher KW - Gassensorik KW - Mini-UAV PY - 2019 SP - 1 CY - Berlin AN - OPUS4-47960 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - The future of analytical sciences: Trends and challenges N2 - What is the future of Analytical Sciences? The talk starts with a definition, comparing the current view with that from 1968. How do wie set trends? How do we get Analytics inside? Some examples of "Big Science" are given and discussed in relation to a definition of AS. How does AS face the current Grand Challenges? As exaples for something significant, several exaples are presented, such as Climate Change of Hydrogen Storage. Another important trand are eScience and automation concepts for AS, which are highlighted. But (Analytical) Science has to be politcal in our times to face Fake News and to breake barriers! T2 - Sonderkolloquium Abteilung 1 "Analytische Chemie; Referenzmaterialien" CY - Berlin, Germany DA - 05.10.2018 KW - Analytical science KW - Grand challenges KW - Big science KW - Fake news KW - Climate change PY - 2018 AN - OPUS4-47285 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Bornemann-Pfeiffer, Martin A1 - Kern, Simon A1 - Jurtz, N. A1 - Thiede, Tobias A1 - Kraume, M. A1 - Maiwald, Michael T1 - Design and validation of an additively manufactured flowCell–static mixer combination for inline NMR spectroscopy N2 - There have been an increasing number of publications on flow chemistry applications of compact NMR. Despite this, there is so far no comprehensive workflow for the technical design of flow cells. Here, we present an approach that is suitable for the design of an NMR flow cell with an integrated static mixing unit. This design moves the mixing of reactants to the active NMR detection region within the NMR instrument, presenting a feature that analyses chemical reactions faster (5–120 s region) than other common setups. During the design phase, the targeted mixing homogeneity of the components was evaluated for different types of mixing units based on CFD simulation. Subsequently, the flow cell was additively manufactured from ceramic material and metal tubing. Within the targeted working mass flow range, excellent mixing properties as well as narrow line widths were confirmed in validation experiments, comparable to common glass tubes. KW - Inline NMR Spectroscopy KW - Integrated Processes KW - Reaction Monitoring KW - Process Analytical Technology KW - Flow Chemistry KW - Static Mixing KW - Modular Production PY - 2019 UR - https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.iecr.9b03746 DO - https://doi.org/10.1021/acs.iecr.9b03746 SN - 0888-5885 SN - 1520-5045 N1 - Geburtsname von Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. - Birth name of Bornemann-Pfeiffer, Martin: Bornemann, M. VL - 58 IS - 42 SP - 19562 EP - 19570 PB - American Chemical Society CY - Washington AN - OPUS4-49041 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Niederfeld-NMR-Spektroskopie: Ein universelles Werkzeug für automatisierte, kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika N2 - Um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können, müssen Chemieunternehmen neue Pfade beschreiten. Dazu gehört insbesondere das Potential digitaler Technologien. Mit flexiblen, modularen chemischen Vielzweck-Produktionsanlagen lassen sich häufig wechselnde Produkte mit kürzeren Vorlauf- und Stillstandzeiten zwischen den Kampagnen und dennoch hoher Qualität realisieren. 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" Informationen über den Prozess bereitstellt. In einem Anwendungsbeispiel wurde eine pharmazeutische 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 vollautomatischer, robuster Datenauswertung angepasst. Der NMR-Sensor konnte schließlich erfolgreich im vollautomatischen Betrieb nach fortschrittlichen Regelkonzepten 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 Prozesse eine kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika mit vertretbaren Qualitätskosten möglich machen. T2 - GDCh-Kolloquium des Ortsverbands Magdeburg CY - Magdeburg, Germany DA - 04.07.2019 KW - Online-NMR-Spektroskopie KW - Smarte Sensoren KW - Prozessindustrie KW - Digitalisierung KW - Fresenius PY - 2019 AN - OPUS4-48414 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - 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 - GDCh-Seminar der Universität Bielefeld CY - Bielefeld, Germany DA - 17.01.2019 KW - Process analytical technology KW - Process industry KW - Online NMR spectroscopy KW - Indirect hard modeling KW - CONSENS KW - Fresenius lecture PY - 2019 AN - OPUS4-47221 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Voll integrierte und intelligent vernetzte Systeme und Prozesse – Perspektive: Smarte Sensorik, Aktorik und Kommunikation N2 - Um in einem veränderten Umfeld erfolgreich bestehen zu können, müssen Chemieunternehmen neue Pfade beschreiten. Dazu gehört insbesondere das Potential digitaler Technologien. Mit flexiblen, modularen chemischen Vielzweck-Produktionsanlagen lassen sich häufig wechselnde Produkte mit kürzeren Vorlauf- und Stillstandzeiten zwischen den Kampagnen und dennoch hoher Qualität realisieren. 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" Informationen über den Prozess bereitstellt. In einem Anwendungsbeispiel wurde eine pharmazeutische 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 vollautomatischer, robuster Datenauswertung angepasst. Der NMR-Sensor konnte schließlich erfolgreich im vollautomatischen Betrieb nach fortschrittlichen Regelkonzepten 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 Prozesse eine kontinuierliche Produktion von Chemikalien und Pharmazeutika mit vertretbaren Qualitätskosten möglich machen. T2 - Kolloquium im Rahmen der Innovationskampagne CY - Karlsruhe, Germany DA - 18.07.2019 KW - Prozessanalytik KW - Prozesskontrolle KW - Digitalisierung KW - Prozessindustrie KW - Smarte Sensoren KW - Automation PY - 2019 AN - OPUS4-48513 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael A1 - Foley, D. A. T1 - Analysis of dynamic systems N2 - Monitoring specific information (i.e., physico-chemical properties, chemical reactions, etc.) is the key to chemical process control when looking at dynamic systems, and quantitative online NMR spectroscopy is the method of choice for the investigation and understanding of dynamic multi-component systems. NMR provides rapid and non-invasive information, and due to the inherent linearity between sample concentration and signal intensity, peak areas can be directly used for quantification of multiple components in a mixture (without the need for any further calibration). This is one of the most attractive features of quantitative NMR spectroscopy. With the launch of devices covering magnetic field strengths from 40 to 90 MHz, so called compact or benchtop NMR systems, this analytical method is now reaching a sufficient degree of compactness and operability for an application outside of very specialized laboratories. Whilst there are also many other tools available to examine various analytical parameters from dynamic processes, such as mass spectrometry, (near) infrared or Raman spectroscopy, each of these tools can only really be used independently. How can we examine and compare all data describing a particular chemical reaction? How can we visualize information rich, specific, or direct methods together with less specific but established analytical methods? And how can we transfer calibration information to the most appropriate process analytical method or method combination? Quantitative NMR spectroscopy (qNMR) has the potential to substitute offline laboratory analysis for calibration purposes by delivering quantitative reference data as an online method. The workshop briefly presents the current state of the art of the analysis of dynamic systems by online NMR spectroscopy and analytical data fusion, with the remaining time being used for questions and open discussion with the attendees. T2 - SMASH 2019 CY - Porto, Portugal DA - 22.09.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Reaction Monitoring KW - Online NMR Spectroscopy KW - Data Analysis KW - SMASH PY - 2019 UR - https://www.smashnmr.org/ AN - OPUS4-49042 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - QM Summer School – teaching living quality management to our young generation N2 - In 2018, BAM (Federal Institute for Materials Research and Testing) and the young analysts of the department Analytical Chemistry at the Gesellschaft Deutscher Chemiker (German Chemical Society, GDCh) jointly organized the second summer school on quality assurance in analytical chemistry in Berlin, Germany. Over fifty doctoral students that are still in the initial stages of work participated in the week-long event and the participants were confronted with the most important basic concepts of internal and external systems of quality assurance in analytical chemistry. Especially young scientists and scholars deal with the development of analysis methods and often generate an increasingly growing wealth of data. Results are mostly evaluated under quantitative aspects and need to be assessed subject-specifically. In addition to the purely scientific requirements these results also should meet the requirements of analytical quality assurance. For this purpose, the development of analytical methods is accompanied by a process of validation – the documented proof that a method is suitable for the intended purpose and the defined requirements. This talk summarizes the didactic concept, which was used by the organizers to span an arc from the handling of process characteristics, such as accuracy, precision, linearity, recovery, up to measurement uncertainty and modern multivariate analysis techniques. In an open space workshop, the participants discussed their idea of quality management and worked out requirements after common sense. Interestingly, many participants had already implemented important quality assurance without professionally knowing it. T2 - Euroanalysis XX 2019 CY - Istanbul, Turkey DA - 01.09.2019 KW - Quality Management KW - Summer School KW - GDCh KW - Joung Analysts KW - Chemometrics KW - Education PY - 2019 UR - http://euroanalysis2019.com/ AN - OPUS4-48834 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Maiwald, Michael T1 - Online NMR spectroscopy for process analytical applications and aspects on automation and digitization of process industry 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 while being based on “chemical” information. As an example, a fully automated NMR sensor is introduced, using a given pharmaceutical lithiation reaction as an example process within a modular pilot plant. Therefore, a commercially available benchtop NMR spectrometer was adapted 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. A full integration and intelligent interconnection of such systems and processes progresses only hesitantly. The talk should encourage to re-think digitization of process industry based on smart sensors, actuators, and communication more comprehensively and informs about current technical perspectives such as the “one-network paradigm”, edge computing, or virtual machines. These give smart sensors, actuators, and communication a new perspective. T2 - Advances in Process Analytics and Control Technology 2019 Conference (APACT) CY - Chester, United Kingdom DA - 30.04.2019 KW - Process Analytical Technology KW - Reaction Monitoring KW - Online NMR Spectroscopy KW - Process Industry KW - Distributed Networks KW - Digital Twin PY - 2019 AN - OPUS4-47907 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -