Flüssigkeitssensorik

Fraunhofer IPM entwickelt seit mehr als 15 Jahren unterschiedliche Sensoren zur messtechnischen Charakterisierung von Flüssigkeiten. Abhängig von der Fragestellung können sowohl chemische oder als auch physikalische Parameter bestimmt werden. Auf dieser Basis lassen sich zum Beispiel Mischungsverhältnisse unterschiedlicher Komponenten von Flüssigkeiten ableiten. Folgende Messverfahren für die Flüssigkeitsanalytik stehen zur Verfügung:

Elektrische Impedanzspektroskopie

Mit der Kombination von elektrischer und thermischer Impedanzspektroskopie verfolgt Fraunhofer IPM völlig neuartige Sensorkonzepte. Mittels Impedanzmessung lassen sich die thermischen Eigenschaften einer Flüssigkeit bestimmen. Diese sind direkt mit weiteren Eigenschaften wie zum Beispiel der Viskosität verknüpft. Durch die Kombination mehrerer thermischer Messstrukturen lassen sich außerdem Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung messen. Die Impedanzspektroskopie kann beispielsweise zur Überwachung von Alterungsprozessen in Ölen, zur Überwachung von Versottungsprozessen und anderer Vorgänge in chemischen Reaktoren genutzt werden.

Thermische Impedanzspektroskopie (3-Omega-Methode)

Fraunhofer IPM entwickelt robuste und temperaturstabile Sensortechnik (bis 250 °C) in Mikrosystemtechnik, die industriellen Anforderungen genügt. Leistungsfähige Online-Diagnosesysteme erkennen frühzeitig »Fouling«-Prozesse, also Verschmutzung oder Beläge in chemischen Anlagen und Reaktoren. Genutzt wird dabei die sogenannte »3-Omega-Methode«, die erstmalig für die Diagnostik chemischer Prozesse eingesetzt wird. Die Methode beruht auf der Auswertung eines thermischen Signals und ermöglicht zusätzlich die Bestimmung weiterer temperaturabhängiger Prozessparameter wie Wärmefluss, Dichte, Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität. Das Potenzial dieser Messmethode für die Prozesstechnik ist außerordentlich hoch. Derzeit werden 3-Omega-Messungen für die chemische, pharmazeutische und biotechnologische Industrie erprobt. Aufgrund der universellen Einsatzfähigkeit des Verfahrens sind zukünftig ebenso Anwendungen in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie, beispielsweise in Pasteurisier- und HTST-Anlagen (»High Temperature Short Time«) denkbar.

ATR (abgeschwächte Totalreflexion)-Spektroskopie

Fraunhofer IPM entwickelt seit mehr als 20 Jahren Sensoren und Messsysteme für Prozessanwendungen, die auf der abgeschwächten Totalreflexion im mittleren Infrarot (ATR) basieren. Sie liefern on- oder atline Analysedaten zur chemischen Zusammensetzung flüssiger Medien und erlauben so eine Kontrolle des Prozesses. → mehr zur ATR-Spektroskopie am Fraunhofer IPM

Raman-Spektroskopie

Raman-Spektrometer liefern charakteristische »Fingerprints« von Flüssigkeiten, die es erlauben, auch molekular sehr ähnliche Strukturen zu unterscheiden. Daher setzt Fraunhofer IPM für die Flüssigkeitsanalytik zunehmend auch auf die Raman-Spektroskopie, die der konventionellen IR-Reflexionsspektroskopie in einigen Bereichen deutlich überlegen ist. → mehr zur Raman-Spektroskopie am Fraunhofer IPM