Spektroskopie Anwendungen in Industrie und Forschung

Die Arbeit moderner analytischer Labore in Industrie und Forschung ist ohne spektroskopische Verfahren nicht denkbar. Egal ob Qualitätskontrolle, Reinheitsüberprüfungen, Strukturaufklärung, Überwachung von Reaktionsprozessen oder Materialprüfung und vieles mehr – Spektroskopie Anwendungen finden sich in vielen Bereichen fast aller produzierenden Industrien und in jedem Forschungslabor. Für diese Anwendungsgebiete werden spektroskopische Methoden beispielsweise eingesetzt:  

Inhalt 

1. Strukturaufklärung von chemischen Verbindungen  
2. Eingangs- und Prozesskontrolle in der Pharmaindustrie 
3. Fremdkörperdetektion und Qualitätskontrolle in der Lebensmittelindustrie 
4. Identifizierung von Stoffen in Toxikologie, Forensik und mehr 

Von der Strukturaufklärung bis zur Mordermittlung – Spektroskopie Anwendungen für alle Fälle   

Strukturaufklärung von chemischen Verbindungen  

Die Anwendungsgebiete für spektroskopische Methoden sind breit gefächert. Kaum eine analytische Methode findet sich in dieser Vielfalt in Industrie- und Forschungslaboren. Der klassische Bereich für Spektroskopie Anwendungen ist aber nach wie vor die Strukturaufklärung chemischer Verbindungen. Meist arbeiten hier NMR- und IR-Spektroskopie sowie Massenspektrometrie und viele weitere spektroskopische Methoden Hand in Hand. Geben NMR-Spektren schnell und sicher Hinweise auf die Konstitution einer Verbindung, erfordert das „Lesen“ der Spektren doch einiges an Erfahrung. Meist ist eine gewisse detektivische Knobelei von Nöten, um die Struktur der untersuchten Substanz eindeutig aufzuklären. Hier können IR- und Massenspektren weitere wichtige Hinweise liefern. Sie lassen sich schnell und unkompliziert durchführen. Zudem punkten diese beiden Methoden durch einen kostengünstigeren Geräteaufwand im Vergleich zur NMR-Spektroskopie. 

Eingangs- und Prozesskontrolle in der Pharmaindustrie 

In vielen Industrien wird im Produktionsprozess lediglich das Endprodukt, manchmal auch ein oder mehrere Zwischenprodukte, mit spektroskopischen Methoden auf seine Qualität und Zusammensetzung untersucht. In der Pharmaindustrie gelten allerdings deutlich strengere Regularien. Die Kontrolle der Prozessanalytik als eine wichtige Spektroskopie Anwendung hilft hier zum Beispiel bei der Überwachung der Produktkonzentration. Das Prozessverständnis wird dadurch um ein Vielfaches verbessert. Man erhält so nicht nur die Möglichkeit, Herstellungsprozesse effizienter und robuster aufzusetzen, sondern garantiert damit vor allem eine gleichbleibend hohe Produktqualität. Auch Roh- und Hilfsstoffe, die für die Herstellung pharmazeutischer Produkte zum Einsatz kommen, werden in der Wareneingangskontrolle mit spektroskopischen Methoden auf ihre Reinheit und Qualität hin untersucht. Die NIR-Spektroskopie (Nah-Infrarot-Spektroskopie) kommt hier – neben anderen spektroskopischen Verfahren - besonders häufig zum Einsatz, da sie sowohl zerstörungsfrei, schnell und automatisierbar arbeitet, ohne Probenvorbereitung auskommt und Messergebnisse online/inline in Echtzeit ermöglicht. 

Fremdkörperdetektion und Qualitätskontrolle in der Lebensmittelindustrie 

Lebensmittel unterliegen ähnlich wie Pharmaprodukte sehr strengen Vorschriften hinsichtlich einer gleichbleibend hohen Qualität. Auch Fremdkörper haben in Lebensmitteln nichts zu suchen. Ein Holzsplitter im Schnitzel, eine Made im Joghurt, ein Stück Glas im Käse: das ist nicht nur ekelerregend, sondern bedeutet eine Gesundheitsgefahr. Hersteller auf der ganzen Welt setzen daher auf Spektroskopie Anwendungen wie NIR und NMR. 

Mit Hilfe der Nahinfrarot (NIR)-Spektroskopie, deren Licht zwischen 800 und 2.500 Nanometern Wellenlänge Moleküle im Produkt zum Schwingen anregt, können Informationen über die molekulare Zusammensetzung von Lebensmitteln gezogen werden.  

Auch Fälschungen spielen im globalen Lebensmittelgeschäft eine immer größere Rolle. Besonders betroffen sind hochpreisige Weine, Honig und Olivenöl. Eine bekannte Spektroskopie Anwendung, um den Tricksereien auf die Spur zu kommen, ist die Kernspinresonanzspektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance, NMR).  NMR-Anlagen messen, wie magnetisch aktive Atomsorten – etwa die Isotope Wasserstoff-1 oder Kohlenstoff-13 – in einem Magnetfeld auf einen Radiofrequenzpuls reagieren. Die dadurch entstehenden Signale verraten die chemische Umgebung dieser Atome und damit die Identität der Substanzen in Lebensmitteln. Ob es sich um eine Fälschung handelt, lässt sich über den Vergleich mit dem NMR-Spektrum eines Referenzprodukts schnell erkennen.   

Der große Vorteil der NMR-Spektroskopie: Mit einer Messung lassen sich dutzende Molekülsorten gleichzeitig identifizieren und quantifizieren, ohne Lebensmittel vorher einer chromatographischen Trennung unterziehen zu müssen. Über typische Marker im Spektrum erkennen Anwender zudem eine fortgeschrittene Verderbnis oder eine zu starke thermische Belastung. 

Identifizierung von Stoffen in Toxikologie und Forensik 

In vielen Industrien und Anwendungsgebieten können Substanzen mit spektroskopischen Methoden durch den Vergleich mit Referenzspektren identifiziert werden. Zu den Standardmethoden kriminaltechnischer Ermittlungen gehört zum Beispiel schon seit vielen Jahrzehnten die Aufnahme von UV- und NIR-Spektrogrammen. So können beispielsweise Fasern, Lackspuren oder andere an einem Tatort gefundenen Materialien zerstörungsfrei und schnell untersucht werden. Auch Giftstoffen oder Dopingsubstanzen kommt man mit den modernen spektroskopischen Verfahren schnell auf die Spur. Empfindlich und genau lassen sich Schwermetalle und organische Gifte auch in sehr geringer Konzentration zuverlässig bestimmen – und das nicht nur im Bereich der kriminalistischen Forensik. Die Untersuchung von Bodenproben auf toxikologische Belastungen lässt sich mit Hilfe von spektroskopischen Verfahren wie Massenspektrometrie, UV-VIS-, IR- und NMR-Spektroskopie so wie vieler weiterer Methoden schnell durchführen. Auch die Kunststoffsortierung im Recycling ist eine Spektroskopie Anwendung, die in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen wird.  

Fazit 

Spektroskopie Anwendungen finden sich überall in unserem Alltag und ihre Bedeutung nimmt immer mehr zu. In zahlreichen Industrien kommen neben etablierten Laborgeräten immer mehr kompakte und mobile Spektroskopie Verfahren hinzu.  

Damit Sie bei der Vielzahl spektroskopischer Geräte den Überblick behalten, helfen Ihnen die drei weltweit größten Marktübersichten bei der Auswahl des für Ihre Bedürfnisse richtigen Set-ups: 

Marktübersicht UV-VIS Spektrometer 
Marktübersicht NIR-Spektrometer 
Marktübersicht Massenspektrometer