Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
Filtern
Dokumenttyp
- Posterpräsentation (19)
- Vortrag (14)
- Zeitschriftenartikel (11)
- Beitrag zu einem Tagungsband (3)
- Handbuch (1)
- Forschungsdatensatz (1)
Schlagworte
- Process Analytical Technology (21)
- Benchtop-NMR (15)
- NMR spectroscopy (9)
- qNMR (9)
- Prozessanalytik (8)
- Benchtop NMR (7)
- NMR-Spektroskopie (7)
- CONSENS (6)
- Modular Production (4)
- Modular production (4)
- Interlaboratory Comparison (3)
- Online NMR Spectroscopy (3)
- Quantitative NMR Spectroscopy (3)
- Compact NMR Spectroscopy (2)
- ISO 17025 (2)
- Industry 4.0 (2)
- Modulare Produktion (2)
- NMR Spectroscopy (2)
- Online-NMR-Spektroskopie (2)
- Partial Least Squares Regression (2)
- Process Control (2)
- Quality Control (2)
- Quantitative NMR spectroscopy (2)
- Silane (2)
- Silanes (2)
- Accreditation (1)
- Artificial Neural Networks (1)
- Artificial neural networks (1)
- Benchtop NMR Spectroscopy (1)
- Betriebspunktoptimierung (1)
- Biochemistry (1)
- Bisphenol-A (1)
- Chemical Process Control (1)
- Chemical Production (1)
- Chemische Prozesskontrolle (1)
- Compact NMR (1)
- Compact NMR spectroscopy (1)
- Continuous Manufacturing (1)
- Continuous processes (1)
- Cyber-Physical Systems (1)
- Cyber-physical systems (1)
- Data Fusion (1)
- Datenanalyse (1)
- Datenkonzepte (1)
- Digital Transformation (1)
- Dispersions (1)
- Echtzeitoptimierungsverfahren (1)
- Ergot alkaloids (1)
- Esterification (1)
- Extraktion (1)
- Feldintegration (1)
- Field integration (1)
- First Principles (1)
- Flow NMR (1)
- General Medicine (1)
- GxP (1)
- Handbook (1)
- Hydrazinolysis (1)
- Hydrogenation (1)
- Hydrogenierung (1)
- ISO/IEC 17025 (1)
- Indirect Hard Modeling (1)
- Indirect Hard Modelling (1)
- Industry 4.0, (1)
- Interlaboratory key comparison (1)
- Iterative real-time optimization (1)
- Kalibriertransfer (1)
- Mass Spectrometry (1)
- Mass spectrometry (1)
- Messunsicherheit (1)
- Metrology (1)
- Modifier adaptation (1)
- Modifier-Adaptation (1)
- Molecular Biology (1)
- Multivariate Data Analysis (1)
- NIR Spectroscopy (1)
- NMR Method Validation (1)
- NMR Spektroskopie (1)
- NMR spetroscopy (1)
- Near Infrared Spectroscopy (1)
- Nuclear Magnetic Resonance (1)
- Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (1)
- Nuclear magnetic resonance spectroscopy (1)
- Online NMR spectroscopy (1)
- Online-NMR spectroscopy (1)
- PANIC (1)
- Plant-model mismatch (1)
- Process Industry (1)
- Process analytical technology (1)
- Process monitoring (1)
- Process-NMR (1)
- Prozess-Steuerung (1)
- Prozessindustrie (1)
- Purity assessment (1)
- Quantum Mechanics (1)
- Raman-Spektroskopie (1)
- Reaction Monitoring (1)
- Reactor control (1)
- Real-time process monitoring (1)
- Real-time quality control (1)
- Smart Sensors (1)
- Structural Biology (1)
- Sum parameter method (1)
- Temperature Control (1)
- Thermostating (1)
- Uncertainty Evaluation (1)
- ValidNMR (1)
- Validation (1)
- Weighing Uncertainty (1)
Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
- nein (14)
In case study one of the CONSENS project, two aromatic substances were coupled by a lithiation reaction, which is a prominent example in pharmaceutical industry. The two aromatic reactants (Aniline and o-FNB) were mixed with Lithium-base (LiHMDS) in a continuous modular plant to produce the desired product (Li-NDPA) and a salt (LiF). The salt precipitates which leads to the formation of particles. The feed streams were subject to variation to drive the plant to its optimum.
The uploaded data comprises the results from four days during continuous plant operation time. Each day is denoted from day 1-4 and represents the dates 2017-09-26, 2017-09-28, 2017-10-10, 2017-10-17.
In the following the contents of the files are explained.
Die NMR-Spektroskopie stellt heutzutage eine der wichtigsten Analysenmethoden in der organischen Chemie dar. Während der Großteil aller Untersuchungen qualitativ mit dem Ziel der Stoffidentifikation und Strukturaufklärung erfolgt, erlangt die quantitative NMR-Spektroskopie (qNMR) zunehmend an Bedeutung in Forschung und Industrie. Der entscheidende Vorteil gegenüber anderen Analysenmethoden liegt in der direkten Proportionalität der Signalfläche zur Anzahl Kernspins im Messvolumen. Dies erlaubt eine kalibrationsfreie Relativquantifizierung. Zur Absolutquantifizierung reicht die Zugabe einer definierten Menge eines vom Analyten unabhängigen NMR-Standards aus.
Trotz dieser Vorteile findet sich die qNMR bislang nur vereinzelt in Normen und Standardverfahren wieder. Zahlreiche Ringversuche in Metrologie und Industrie demonstrieren die Leistungsfähigkeit moderner NMR-Spektrometer und stärken das Vertrauen in die Methode. Die Entwicklung von Validierungskonzepten, sowie die kommerzielle Verfügbarkeit geeigneter zertifizierter Referenzmaterialien erleichtern die Anwendung, insbesondere im zumeist stark regulierten industriellen Umfeld.
Neben etablierten Hochfeld-NMR Spektrometern hat sich in den letzten Jahren ein stark wachsender Markt für kompakte Benchtop-NMR Geräte auf Permanentmagnetbasis entwickelt. Die geringeren Anschaffungs- und Betriebskosten, sowie die einfache Bedienbarkeit erlaubt es auch kleineren Unternehmen in diese Analysenmethode einzusteigen. Weiterhin besteht die Möglichkeit diese mobilen Systeme näher an die Produktion zu bringen, welches von der klassischen Qualitätskontrolle bis hin zur Online-Prozesskontrolle als vollautomatisierter Analysator reicht. Die geringere Feldstärke der Systeme erfordert hier oft den Einsatz modellbasierter Ansätze zur Spektrenauswertung (z.B. Indirect Hard Modeling).
Dieser Beitrag gibt eine Übersicht über aktuelle Anwendungen und Entwicklungen der qNMR von der universellen, hochgenauen Labormethode bis hin zur robusten Anwendung als Online-Analysator im Feld.
Der Vortrag gibt eine Übersicht über aktuelle qNMR-Aktivitäten im Fachbereich 1.4. Dies umfasst beispielsweise die Online-Anwendung zur Prozessüberwachung, aber auch die Reinheitsuntersuchung von Reinstoffkomponenten für die Herstellung von Referenzgasgemischen. Zusätzlich wird ein Ausblick in die aktuelle Strategie hinsichtlich der Rückführung von qNMR-Ergebnissen mittels primärer Referenzmaterialien gegeben.
qNMR - The handbook
(2023)
Quantitative NMR (qNMR) has been around for a long time, but also has great potential to solve future problems in any quantitative analysis. As a primary method, it differs fundamentally from chromatographic methods: it is better described as a quantum mechanical balance. Succesful implementation of qNMR requires certain attention to detail. "qNMR - the handbook" is intended to be a guide for analysts to help understand the fundamental principles of NMR and the significant points relating to its implementation for quantitation. Regulatory considerations of qNMR adoption are explained. NMR fundamentals are explained to provide understanding. Together with many useful examples, the book is a compelling addition to the laboratory's reference library, providing all the tools that any practitioner should know to successfully implement qNMR.
The authors are qNMR pioneers and come from a variety of backgrounds including business, government and academia.
Produzieren Sie schon oder kalibrieren Sie noch? – Online-NMR-Spektrometer als Smarte Feldgeräte
(2018)
Der Vortrag zeigt allgemeine Anforderungen an "smarte Feldgeräte" und deren Entwicklung in den vergangenen Jahren. Am Beispiel eines smarten Online-NMR-Sensors, der in einem EU-Projekt von der BAM entwickelt wurde, wird die Umsetzung der Anforderung aufgezeigt. Schließlich werden weitere Technologieanforderungen und Lösungsansätze vorgestellt.
Im Zuge der Digitalisierung der Prozessindustrie werden zunehmend modellbasiere Echtzeitoptimierungsverfahren eingesetzt, sog. „Advanced Process Control“. Mithilfe der sogenannten Modifier-Adaptation ist eine iterative Betriebspunktoptimierung auch mit ungenauen Modellen möglich, sofern zuverlässige Prozessdaten zur Verfügung stehen. Am Beispiel eines smarten Online-NMR-Sensors, der in einem EU-Projekt von der BAM entwickelt wurde, konnte das Konzept in einer modularen Produktionsanlage zur Herstellung eines pharmazeutischen Wirkstoffs erfolgreich getestet werden.
Online-NMR- und -Raman-Spektroskopie – Kombination von PAT-Methoden für mehr Prozessverständnis
(2020)
Die Verbesserung des Prozessverständnisses ist eine notwendige Voraussetzung für die Anwendung von Konzepten wie „Industrial Internet of Things (IIoT)“ oder „Industrie 4.0“. Online-Methoden der Prozessanalytik (PAT) ermöglichen die direkte Verfolgung der ablaufenden Reaktionen innerhalb chemischer und pharmazeutischer Produktionsschritte und können somit einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung von neuen, innovativen Prozessführungsstrategien liefern.
Während die Online-Raman-Spektroskopie bereits erfolgreich im industriellen Umfeld zum Einsatz kommt, ist der Entwicklungsstand für die Online-Niederfeld-NMR-Spektroskopie bislang noch nicht ausreichend für einen routinemäßigen Einsatz innerhalb industrieller Produktionsumgebungen. Der hohe Informationsgehalt der NMR-Daten in Verbindung mit einem geringen Kalibrieraufwand macht die Methode sehr interessant für moderne Konzepte flexibler Produktionsanlagen für die Herstellung vieler unterschiedlicher Produkte in wechselnden Kampagnen. Speziell in modularen Produktionskonzepten kann so die Rüstzeit der Prozessanalytik deutlich verkürzt werden.
Am Beispiel der heterogen katalysierten Hydrogenierung von 2-Butin-1,4-diol wird der Einsatz der Kombination von Online-NMR und -Raman-Spektroskopie demonstriert. Dieser Prozessschritt aus der industriellen Synthese des Lösungsmittels Tetrahydrofuran verläuft über ein Zwischenprodukt, welches konkurrierende Reaktionspfade aufweist. Die Kombination von Informationen aus der PAT, sowie von klassischen Prozessgrößen, wie Druck, Temperatur und Durchfluss in einem hoch automatisierten Aufbau erleichtert die Entwicklung und Erprobung von neuen Konzepten für die Prozessführung.
Die NMR-Spektroskopie ist eine der zentralen nicht-invasiven Analysenmethoden in der organischen Chemie und aus dem Laboralltag nicht mehr wegzudenken. Die direkte Proportionalität zwischen der Anzahl der Atomkerne im Messvolumen und der Signalfläche im Spektrum ist vergleichbar mit einem „Zählen der Kernspins“. Der Kalibrieraufwand für die Quantifizierung ist minimal und aus dem NMR-Spektrum sind Informationen zu Struktur und Identität zugänglich.
Online-NMR-Spektroskopie wird unter Zuhilfenahme von speziellen Durchflussproben-köpfen und Messzellen bereits seit Jahrzehnten erforscht und eingesetzt. Durch die hohen Anforderungen an die Aufstellung und den Betrieb von klassischen Hochfeld-NMR-Spektrometern konnte sie allerdings nie den Sprung vom Labor in den Prozess schaffen. Dies hat sich durch die Entwicklungen im Bereich mobil einsetzbarer Benchtop-NMR-Spektrometer grundlegend verändert. Geringere Investitions- und Betriebskosten, sowie die Robustheit und einfache Bedienbarkeit dieser Systeme sind entscheidende Faktoren. Damit rückt eine Anwendung als Online-PAT-Methode technisch in greifbare Nähe. Designierte Prozess-NMR-Spektrometer sucht man heutzutage allerdings auf dem Markt meist noch vergebens.
Die Reaktionsverfolgung im Labormaßstab konnte an unterschiedlichen Systemen erfolgreich demonstriert werden. Dabei zeigten sich allerdings Limitierungen in Hinblick auf einen möglichen Prozesseinsatz. Insbesondere die Temperaturempfindlichkeit der Magnetsysteme ist hier zu nennen. Anhand eines Prototyps wurde eine aktive Temperaturisolation mittels temperierter Luftströmungen entwickelt und erprobt.
Eine Feldintegration von Laborsystemen geht sowohl technisch als auch regulatorisch mit zahlreichen Herausforderungen einher. Das raue Umfeld von Produktionsanlagen, sowie die Anforderungen an Explosionsschutz erfordern eine zugelassene Einhausung. Auf Basis von Erfahrungen mit einem ersten Prototyp erfolgte die gemeinsame Entwicklung eines möglichst flexibel einsetzbaren Analysenschranks. Neben der Hardware-Integration sind die automatisierte modellbasierte Auswertung der NMR-Spektren, sowie die Einbindung in die Prozessleittechnik essenziell für einen zuverlässigen Betrieb als PAT-Analysengerät.
Improvement in deep process understanding is a mandatory prerequisite for the application of modern concepts like Industrial Internet of Things (IIoT) or “Industrie 4.0”. The direct hyphenation with online methods of process analytical technology (PAT) allows profound insights into the actual reactions within chemical and pharmaceutical production steps and provides necessary information for associated advanced control strategies.
While the industrial application of online Raman spectroscopy has already been successfully demonstrated, low-field NMR spectroscopy is not yet adequately developed as a robust online method for use in process industry. The high information content combined with the low calibration effort makes NMR spectroscopy a highly promising method for modern process automation with a high flexibility due to short set-up times and novel calibration concepts. This is a major advantage compared to other analytical methods, especially regarding multi-purpose plant strategies, as well as processes suffering from fluctuating quality of raw materials.
The work presented here focusses on the heterogeneous catalyzed hydrogenation of 2-butyne-1,4-diol, as a step of the synthesis of industrially important solvent tetrahydrofuran. This reaction is proceeding via an intermediate product and suffers from competitive reaction paths. In this application, online NMR and Raman spectroscopy were combined with data from classical process sensors, e.g., pressure, temperature, and flow transducers in a highly automated setup for the development of innovative control concepts.
Monitoring specific chemical properties is the key to chemical process control. Today, mainly optical online methods are applied, which require time- and cost-intensive calibration effort. NMR spectroscopy, with its advantage being a direct comparison method without need for calibration, has a high potential for closed-loop process control while exhibiting short set-up times. Compact NMR instruments make NMR spectroscopy accessible in industrial and rough environments for process monitoring and advanced process control strategies.
We present a fully automated data analysis approach which is completely based on physically motivated spectral models as first principles information (Indirect Hard Modelling – IHM) and applied it to a given pharmaceutical lithiation reaction in the framework of the European Union’s Horizon 2020 project CONSENS. Online low-field NMR (LF NMR) data was analysed by IHM with low calibration effort, compared to a multivariate PLS-R (Partial Least Squares Regression) approach, and both validated using online high-field NMR (HF NMR) spectroscopy.