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Fachberichte - Flüssigkeitsanalytik

 

Flüssigkeitsanalytik - Fachberichte

Online- Analyse von Feldfrüchten

 

Elke Hilscher KWS SAAT AG
5. Kolloquium - 30. November und 1. Dezember 2009
Arbeitskreis Prozessanalytik
Sartorius College Göttingen

Qualitätsanalyse von Zuckerrüben-Körnermais-Winterraps-Silomais mit der NIR-Spektroskopie während der Ernte

Weltweit steht die moderne Landwirtschaft vor gewaltigen Herausforderungen. Dazu gehört neben einer gesamten Versorgung mit Nahrungsmitteln auch der zunehmende Bedarf an erneuerbarer Ener-gie. Die Pflanzenzüchtung liefert einen entscheidenden Beitrag zur Bewältigung der anstehenden Aufgaben.

Die Zukunft der Pflanzenzüchtung gehört innovativen Sorten,
die gegenüber

  • Schaderregern und
  • Krankheiten resistent sind und
  • gleichzeitig stabile Erträge sowie
  • hohe Qualitäten liefern.

 

 
 

In der klassischen Labor-Nutzung der NIRS werden Teilproben in trockenem und teilweise vermahlenen Zustand gemessen. Die besonderen spektral wirksamen Eigenschaften, die frisch geerntete Pflanzen aufweisen sind der hohe Wassergehalt (50 - 85%);
die damit verbundene

  • hohe Temperaturanfälligkeit sowie
  • große Unterschiede in der Teilchengröße,
  • der Dichte und
  • der Homogenität der Probe.

Diese Einflussfaktoren müssen bei der Kalibrationserstellung berücksichtigt werden.
Dies betrifft in besonderem Maße die Ausfilterung störender Varianzbeiträge und die geeignete Datenvor-behandlung zur Linealisierung der Spektrenserien.

 
 

Bei der Untersuchung der Qualitätsmerkmale neuer Sorten werden die Möglichkeiten der Nah-Infra-rot-Spektroskopie (NIRS) genutzt.
Dabei steht neben den Untersuchungen im Labor vor allem die Nutzung der NIRS zur Schätzung der Qualitätsmerkmale während der Ernte im Focus des Interesses.

Die besondere Herausforderung liegt in dem Einsatz von NIR- Spektrometern unter online-Bedingungen während der Ernte an frischem Pflanzenmaterial.
Angewendet werden zerstörungsfreie Messungen in wenigen Millisekunden durch Diodenzeilen-Spektrometer für den NIR-Bereich.

Eine große Vielfalt von Einsatzmöglichkeiten wird durch das modulare Konzept der PSS Messsysteme, ausgestattet mit fasergekoppelten Messsonden und optischen Multiplexern, ermöglicht.
Genutzt wird das Spektrometer PSS 1720 der Firma Polytec GmbH, gemessen wird im spektralen Bereich von 850 bis 1650 nm.

 


 

Berichtet wird über entsprechende technische Anforderungen an das online NIRS- Messsystem beim Einsatz unter Feldbedingungen wie Handling der wasserreichen Proben, Messgeometrie und Referenzprobennahme.

Die Prozesssicherheit erfordert

  • wasser- staub- und lichtgeschütztes NIR- Sensor
  • unkomplizierter Ein- und Ausbau des NIRS- Spektrometers
  • interne Schwarz- Weiss- Referenzierung
  • Standardisierung/ Normung der Messgeometrie
  • Prüfstandard, NIR- Modulcheck
  • Adjustierbarkeit der Schichtdicke des Probenstroms auf dem
    Förderband
  • Ersatzspektrometer und Ersatz- NIR- Sensor
  • Dokumentation der Hard- und Software
  • Technischer Service bei Störungen
 

Die Bestimmung der Qualitätsparameter im online-Prozess erfolgt über die multivariate Datenanalyse der multiplen Spektren.

Dabei kommt der verwendeten Software zur automatischen Steuerung der online-Messung während der Ernte eine hohe Bedeutung zu.
Die Überwachung von Probenströmen und Ernteprozessen durch die Methoden der Prozessanalytik setzt einen hohen Grad an Automatisierung voraus.
Hierbei muss die Verlässlichkeit der gewonnen Ergebnisse über entsprechende Diagnosefunktionen des eingesetzten Equipments sichergestellt werden

 
     
Dargestellt werden Ergebnisse von Kalibrationsmodellen zur online-Schätzung von Trockensubstanz, Stärke- Öl- und Zuckergehalt an verschiedenen Kulturarten wie Silomais, Raps und Zuckerrüben  

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