Anwenderbericht: TPU Ether & Ester: So gelingt schnelle Unterscheidung

TPU Ether und Ester lassen sich mit gängigen Methoden nur mit einem erheblichen Aufwand sicher unterscheiden. NIR Spektroskopie ist ein sehr schnelles Verfahren. Doch kann es auch sicher diese beiden Materialien unterscheiden? Das war die Aufgabenstellung für dieses Kundenprojekt.

Die Aufgabenstellung: Schneller Test für den Wareneingang gesucht

TPU Ether und Ester lassen sich mit gängigen Verfahren entweder schnell oder sicher unterscheiden, jedoch nicht beides gleichzeitig bei vertretbarem Investment. Es galt zu klären, wie weit die NIR Technologie hier die Lücke schließen kann.

Die Herausforderung: Ist eine sichere Unterscheidung möglich?

TPU Ether und Ester werden eingemessen

Vorgehen

Zunächst wurden die äußerlich kaum zu unterscheidenden Proben eingelesen: TPU Ether und Ester in natur. Wie zu erwarten war, liegen die Rohspektren stark übereinander – mit dem bloßen Auge sind nur wenige Unterschiede zu erkennen.

Die NIR Rohspektren der beiden Granulate liegen eng beieinander. Eine Unterscheidung ist kaum möglich.

Ether & Ester im NIR: Differenzdarstellung zeigt kleinste Unterschiede

In der Differenzdarstellung zeigt sich, dass die Spektren in der Tat nur minimale Unterschiede aufweisen. Das ist gut an der maximalen Differenz in der bearbeiteten Absorbanz von 0,00025 zu erkennen – ein sehr kleiner Wert. In dieser Darstellung zeigt sich, dass insbesondere die TPU Ethermessungen homogenere Ergebnisse liefern als die Estermessungen.

Auch wenn die relativen Unterschiede in den Spektren offensichtlich sind – die absoluten Unterschiede sind minimal. Dennoch werden sie zuverlässig erkannt.

Clusterdarstellung bringt Klarheit in die Datenmenge

Die Clusterdarstellung bestätigt diese Erkenntnis: Während die abstrahierten Werte der TPU-Ether-Spektren alle räumlich eng zusammen liegen, sind die TPU-Ester-Spektren wesentlich unterschiedlicher und daher räumlich stärker getrennt. Dennoch lassen sich beide Granulate klar voneinander unterscheiden.

In der 3D Clusterdarstellung zeigen sich ebenso die großen relativen Unterschiede: Beide Gruppen sind klar voneinander getrennt.

Ein Esterwert streut jedoch offensichtlich stark und wird entfernt, um ein schärferes Profil des Kunststoffes zu erhalten.

Messungen um Wert mit der stärksten Streuung bereinigt, um ein klareres Profil zu erhalten.

Prüfung mit unbekannter Substanz

Manuelle Identifikation

Die Prüfung der eben erzeugten Daten erfolgte direkt im Anschluss. In der Darstellung der Rohspektren kann die neue Substanz noch nicht zugeordnet werden. Es ist das „unterste“ Spektrum mit der geringsten Absorbanz in Lila.

In der Darstellung der Rohspektren lässt sich die neue Substanz nicht eindeutig zuordnen.

Die Differenzdarstellung liefert hingegen ein ganz klares Bild: Insbesondere im Bereich um 1.200 nm ist zu erkennen, dass die neue Substanz (in Blau) ein TPU Ester (in Rot) sein muss.

An sehr vielen Stellen gleicht die neue Substanz (in Lila) den Werten des TPU Ester natur Granulats, nicht nur im Bereich um 1.200 nm.

Diese Aussage bestätigt sich beim Blick in die Clusterdarstellung:

Bei der neuen Substanz handelt es sich offensichtlich um ein TPU Ester.

Automatische Identifikation des Kunststoffes

Eine weitere spannende Teilfrage war, ob die Identifikation auch automatisch mit Hilfe des Algorithmus‘ erfolgen kann. Speziell bei Materialien mit sehr kleinen Unterschieden (hier zu sehen in der Differenzdarstellung mit einer maximalen Differenz von ca. 1/10.000) gerät der Algorithmus an die Grenzen. Eine manuelle Unterscheidung – insbesondere bei solch klaren Profilen – ist in diesen Fällen immer noch sehr gut möglich.

Die automatische Identifikation arbeitet zuverlässig – perfekt für schnelle und sichere Prüfungen im Vorbeigehen im Wareneingang.

Die Spektren weisen jedoch so viele Unterschiede auf, dass eine automatische Identifikation sicher funktioniert.

Fazit

Diese Aufgabenstellung war dominiert von der Frage, ob vorhandene Identifikationsmethoden durch eine schnellere und ebenso sichere Methode ersetzt werden können. Wie der Versuch gezeigt hat kann NIR die verschiedenen TPU Ether- und Estergranulate sehr gut unterscheiden.

Dass NIR ein sehr schnelles Verfahren ist, war bereits zu Anfang klar. So konnte der Kunde bestehende Methoden nicht nur durch ein schnelleres Verfahren ersetzen, sondern den Test auch direkt im Wareneingang durchführen, wodurch noch mehr Zeit gewonnen wurde. Der Solid Scanner spielt hier seine Vorteile durch die kompakte Größe und Robustheit voll aus.

Verwendete Produkte

NIR Spektrometer

Solid Scanner

Analysesoftware

Zubehör

Reflektionsstandard
Probenhalter