DE102014000056B3

DE102014000056B3 - Apparatus and method for the spectroscopic determination of components in liquids

Info

Publication number: DE102014000056B3
Application number: DE102014000056.7A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2034-01-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur spektroskopischen Bestimmung einer oder mehrerer Substanzen und Flüssigkeiten, insbesondere hochviskosen oder konzentrierten Flüssigkeiten in Prozessleitungen. Erfindungsgemäß wird hierzu ein Leitungsdurchmesser der Messzellenzuleitung (16) kleiner 1/4'' gewählt und die optische Pfadlänge der Messzelle (21) so angepasst, dass die Absorption der Substanz in dem Wellenlängebereich von Interesse gemäß der Formel A = εdc nicht größer als 2 ist, wobei A = Absorption ε = Extinktionskoeffizient d = Pfadlänge c = Konzentration der absorbierenden Substanz ist.The present invention relates to a device and a method for the spectroscopic determination of one or more substances and liquids, in particular highly viscous or concentrated liquids in process lines. According to the invention, a line diameter of the measuring cell supply line (16) smaller than 1/4 "is selected and the optical path length of the measuring cell (21) adapted so that the absorption of the substance in the wavelength range of interest according to the formula A = εdc is not greater than 2 where A = absorption ε = extinction coefficient d = path length c = concentration of the absorbing substance.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur spektroskopischen Bestimmung einer oder mehrerer Komponenten in Flüssigkeiten, insbesondere hochviskosen oder konzentrierten Flüssigkeiten, von Prozessbehältern oder von Prozessleitungen.The present invention relates to an apparatus and a method for the spectroscopic determination of one or more components in liquids, in particular high-viscosity or concentrated liquids, of process containers or of process lines.

Die Spektroskopie ermöglicht die Bestimmung von Komponenten oder Substanzen in Flüssigkeiten durch Erfassung der Absorption von Licht eines absorbierenden Inhaltsstoffes. Das Lambert-Beersche Gesetz beschreibt hierbei den Zusammenhang zwischen der Absorption von elektromagnetischer Strahlung und der Konzentration der absorbierenden Substanz in Flüssigkeiten. Dabei ist die Absorption das Produkt der Konzentration der absorbierenden Substanz in der Flüssigkeit, des Wegs, den das Licht durch die Flüssigkeit zurücklegen muss (optische Pfadlänge) und eines substanzspezifischen Extinktionskoeffizienten. Mittlerweile ist es mittels spektroskopischer Analyseverfahren möglich, Substanzen und deren Konzentrationen sowie die Mischverhältnisse einzelner Komponenten in Flüssigkeiten zu analysieren. Beispielsweise werden in der Getränkeindustrie Grundstoffe und Zusatzstoffe in Flüssigkeiten wie z. B. Wasser gemischt, um damit ein Fertigprodukt (z. B. ein Fertiggetränk) herzustellen. Beim Mischprozess können jedoch unterschiedliche Fehlerquellen auftreten, die beispielsweise durch eine Fehlfunktion von Ventilen, falsche Konzentrationen der Grund- oder Zusatzstoffe oder Druckschwankungen in den Zuführleitungen bedingt sind.Spectroscopy allows the determination of components or substances in liquids by detecting the absorption of light from an absorbing ingredient. The Lambert-Beer law describes the relationship between the absorption of electromagnetic radiation and the concentration of the absorbing substance in liquids. The absorption is the product of the concentration of the absorbing substance in the liquid, the distance the light has to travel through the liquid (optical path length) and a substance-specific extinction coefficient. By means of spectroscopic analysis methods, it is now possible to analyze substances and their concentrations as well as the mixing ratios of individual components in liquids. For example, in the beverage industry, raw materials and additives in liquids such. For example, water is mixed to produce a finished product (eg, a ready-made beverage). In the mixing process, however, different sources of error can occur, which are caused for example by a malfunction of valves, incorrect concentrations of the basic or additives or pressure fluctuations in the supply lines.

Die DE 10 2007 021 324 B4 der Anmelderin stellt hierfür eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines Mischverhältnisses eines aus zwei oder mehreren Einzelkomponenten bestehenden Mediums, insbesondere einer Flüssigkeit zur Verfügung, wobei die Vorrichtung eine Absorptionsmesszelle aufweist, in der eine spektroskopische Erfassung der in die Messzelle zugeführten Flüssigkeit erfolgt. Anhand der vorbestimmten Absorptionsspektren einer Mischung von den das Medium ausbildenden Einzelkomponenten ist spektroskopisch das Mischungsverhältnis dieser Einzelkomponenten direkt bestimmbar. Das Spektrometer wertet hierbei eine elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 200 bis 700 nm aus. Aufgrund der bekannten Absorptionsspektren der Grundstoffe kann dadurch die Konzentration der jeweiligen Grundstoffe in der Flüssigkeit bestimmt und eine Abweichung der einzelnen Konzentrationen von ihren vorgegebenen Soll-Werten ggf. korrigiert werden.The DE 10 2007 021 324 B4 For this purpose, the Applicant provides an apparatus and a method for determining a mixing ratio of a medium comprising two or more individual components, in particular a liquid, the apparatus having an absorption measuring cell in which a spectroscopic detection of the liquid supplied into the measuring cell takes place. On the basis of the predetermined absorption spectra of a mixture of the individual components forming the medium, the mixing ratio of these individual components can be determined directly by spectroscopy. The spectrometer evaluates an electromagnetic radiation in a wavelength range of 200 to 700 nm. Due to the known absorption spectra of the raw materials, the concentration of the respective basic substances in the liquid can be determined thereby and a deviation of the individual concentrations from their predetermined desired values can be corrected if necessary.

Dieses spektroskopische Verfahren lässt sich auch zur Bestimmung des Säuregehalts einer Flüssigkeit anwenden, beispielsweise des Säuregehalts von Orangenlimonade. Die DE 10 2008 039 836 B4 beschreibt hierzu eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Säuregehalts in einer Flüssigkeit anhand eines UV/VI/NIR-Spektrometers. Hierfür werden Messzellen mit Pfadlängen von > 300 nm eingesetzt, so dass auch Partikel oder Fruchtstücke den optischen Weg nicht blockieren, wie es beispielsweise bei Infrarot-Messverfahren der Fall ist. Bei diesen Verfahren werden zur Bestimmung von Säuren sehr kleine Pfadlängen bei den Messzellen eingesetzt.This spectroscopic method can also be used to determine the acidity of a liquid, such as the acidity of orange soda. The DE 10 2008 039 836 B4 describes for this purpose an apparatus and a method for determining the acid content in a liquid using a UV / VI / NIR spectrometer. For this purpose, measuring cells are used with path lengths of> 300 nm, so that even particles or fruit pieces do not block the optical path, as is the case for example in infrared measurement method. In these methods, very small path lengths are used in the measuring cells for the determination of acids.

Die DE 10 2009 028 067 B3 der Anmelderin beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur spektroskopischen Analyse eines Getränks, bei dem eine Anordnung der Messzelle am Kreuzungspunkt zwischen zwei Flüssigkeitsleitungen erfolgt, so dass eine kontinuierliche Zuführung des zu analysierenden Getränks möglich ist. Der Leitungsabschnitt für die Umgehung der Kreuzungsstelle bildet einen Bypass für das zu analysierende Getränk. In bestimmten Abständen findet eine Nullpunktjustierung oder Grundkalibrierung des Systems statt, um den Nullpunkt für die spektroskopische Analyse eines bekannten Getränks neu einzustellen.The DE 10 2009 028 067 B3 The applicant describes an apparatus and a method for spectroscopic analysis of a beverage, in which an arrangement of the measuring cell takes place at the intersection between two liquid lines, so that a continuous supply of the beverage to be analyzed is possible. The conduit section for bypassing the intersection forms a bypass for the beverage to be analyzed. At certain intervals, a zero calibration or basic calibration of the system takes place to readjust the zero point for the spectroscopic analysis of a known beverage.

Die oben aufgezeigten Vorrichtungen und Verfahren der Anmelderin ermöglichen zwar die Bestimmung des Mischungsverhältnisses eines Gemisches oder des Säuregehalts einer Flüssigkeit, allerdings stoßen die darin beschriebenen Verfahren und Messvorrichtungen bei hochviskosen oder konzentrierten Gemischen schnell an ihre Auflösungsgrenzen. Viele der für die Getränkeindustrie wichtigen Komponenten scheinen das Licht bei Wellenlängen < 200 nm zu absorbieren, einem Bereich, bei dem die Hintergrundabsorption der Flüssigkeit in der Regel so hoch ist, dass keine aussagekräftige Auflösung der Absorptionskurve(n) dieser Substanzen in der Flüssigkeit möglich ist. Die hohe Hintergrundabsorption hochviskoser oder konzentrierter Flüssigkeiten erlaubt keine zuverlässige spektroskopische Analyse von Komponenten mit den bisher bekannten Messzellen und Verfahren, ein Problem was es zu lösen gilt. Die üblichen Messzellen besitzen eine Pfadlänge von mehr als 1000 μm. Die Messflüssigkeit wird häufig den Prozessen zurückgeführt, was zusätzlichen hygienischen Aufwand erfordert. In bestimmten Anwendungsverfahren werden relativ große Mengen aus den Prozessbehältern oder den Prozessleitungen entnommen und anschließend verworfen, was zu Verlusten führt. Viele Prozesse erfordern ferner eine Echtzeitanalyse ihrer Getränkezusammensetzungen, was über bekannte Batch-Verfahren nicht möglich ist.While Applicant's above-identified apparatus and methods allow the determination of the mixing ratio of a mixture or the acidity of a liquid, the methods and apparatus described therein quickly approach their dissolution limits with highly viscous or concentrated mixtures. Many of the components important to the beverage industry appear to absorb light at wavelengths <200 nm, an area where the background absorption of the liquid is usually so high that no meaningful resolution of the absorption curve (s) of these substances in the liquid is possible , The high background absorption of highly viscous or concentrated liquids does not allow a reliable spectroscopic analysis of components with the previously known measuring cells and methods, a problem which has to be solved. The usual measuring cells have a path length of more than 1000 μm. The measuring liquid is often returned to the processes, which requires additional hygienic effort. In certain application processes, relatively large amounts are removed from the process vessels or the process lines and then discarded, resulting in losses. Many processes also require real-time analysis of their beverage compositions, which is not possible via known batch processes.

In der US 7,716,969 B2 ist ein Verfahren beschrieben, um Eigenschaften einer Dispersion mit Partikeln einer Flüssigkeit in einem Gefäß zu analysieren. Hierfür werden von einem Gefäß kontinuierlich zwei Stoffströme extrahiert und anschließend verdünnt bzw. konditioniert. Ein besonderes Augenmerk auf einen Wellenbereich zwischen 185 und 240 nm wurde bei der Analyse der Absorptionsspektren nicht gelegt. Unterhalb einer Wellenlänge von 200 nm war durch das beschriebene Verfahren keine Auflösung des Spektrums mehr möglich.In the US 7,716,969 B2 For example, a method is described for analyzing properties of a dispersion with particles of a liquid in a vessel. For this purpose, two streams are continuously extracted from a vessel and then diluted or conditioned. A special Attention was paid to a wavelength range between 185 and 240 nm in the analysis of the absorption spectra. Below a wavelength of 200 nm, no resolution of the spectrum was possible by the method described.

In der US 7,808,641 B2 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Pfadlängen einer Messzelle variabel verändert werden. Variable Pfadlängen ermöglichen jedoch keine oder nur eine geringe Reproduzierbarkeit, was eine Anwendung in der Prozesstechnologie ausschließt. Bei veränderbaren Pfadlängen ist keine zuverlässige Referenz möglich, was zwangsläufig zu großen Fehlern führt. Insofern kann die in dieser Druckschrift beschriebene Vorrichtung allein aus diesem Grund die Anforderungen an die Reproduzierbarkeit einer prozessorientierten Anlage nicht erfüllen.In the US 7,808,641 B2 a device is described in which the path lengths of a measuring cell are variably changed. However, variable path lengths provide little or no reproducibility, which precludes application in process technology. With changeable path lengths, no reliable reference is possible, which inevitably leads to large errors. In this respect, the device described in this document alone for this reason, the requirements for the reproducibility of a process-oriented system can not meet.

In der CA 2 714 988 A1 wird ein ATR-Messverfahren beschrieben, bei dem eine ATR-Messzelle zum Einsatz kommt. Solche Messzellen sind jedoch verschmutzungsempfindlich, was zu unterschiedlichen Ergebnissen führen kann. Kalibrierungsergebnisse können daher ohne Transferfunktion nur schwer miteinander verglichen werden. Auch der Wellenlängenbereich unterhalb von 200 nm wurde keiner genauen Untersuchung unterzogen. Daneben beschreiben die GB 667,896 A und die EP 0 408 181 B1 die Möglichkeit, Flüssigkeiten spektroskopisch zu erfassen und zu analysieren. Der Wellenlängenbereich unterhalb von 200 nm und die physikalischen Zusammenhänge wurden jedoch darin nicht erfasst.In the CA 2 714 988 A1 An ATR measuring method is described using an ATR measuring cell. However, such measuring cells are susceptible to contamination, which can lead to different results. Calibration results are therefore difficult to compare without transfer function. Also, the wavelength range below 200 nm was not subjected to any detailed investigation. In addition, the describe GB 667,896 A and the EP 0 408 181 B1 the ability to detect and analyze liquids spectroscopically. However, the wavelength range below 200 nm and the physical relationships were not detected therein.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, auch hochviskose oder konzentrierte Flüssigkeiten hinsichtlich der Zusammensetzung der darin enthaltenen Komponenten spektroskopisch zu analysieren.Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved apparatus and a method with which it is possible to spectroscopically analyze even highly viscous or concentrated liquids with regard to the composition of the components contained therein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen wieder.This object is achieved by a device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 8. Preferred embodiments can be found in the subclaims again.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine spektroskopische Bestimmung einer oder mehrerer Komponenten, beispielsweise von Stoffen, einzelnen oder mehreren Substanzen oder ganzen Zusammensetzungen in Flüssigkeiten, insbesondere in hochviskosen oder konzentrierten Flüssigkeiten von Prozessbehältern oder Prozessleitungen, wie sie beispielsweise in der Getränkeindustrie anzutreffen sind. Häufig werden bei solchen Prozessen mit fertigen Produktmischungen oder Sirupe gearbeitet, deren Zusammensetzung kontrolliert werden muss. Ferner gilt es auch einzelne Prozessschritte laufend zu überwachen.The device according to the invention enables a spectroscopic determination of one or more components, for example of substances, single or multiple substances or whole compositions in liquids, in particular in highly viscous or concentrated liquids of process containers or process lines, as found for example in the beverage industry. Frequently, in such processes, finished product mixtures or syrups are used whose composition must be controlled. Furthermore, it is also necessary to constantly monitor individual process steps.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren ermöglichen insbesondere die Bestimmung von Komponenten in der Flüssigkeit und die Ermittlung der Konzentrationen oder der Mischverhältnisse in der Flüssigkeit (z. B. in einem Getränk). Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen Anschluss für eine Probeentnahmeleitung zur Beförderung von Flüssigkeit mit den darin enthaltenen zu messenden Substanzen. Vorzugsweise befindet sich ein Ende der Produktentnahmeleitung direkt am Prozessbehälter, der die zu messende Flüssigkeit enthält. Daneben kann die Produktentnahmeleitung auch direkt mit einer Prozessleitung verbunden sein. Die Produktflüssigkeit wird über eine sich stark verengende Probeentnahmeleitung einer Messzelle zugeführt, wofür eine eigene Messzellenzuleitung vorgesehen ist, um die zum Messen erforderliche Flüssigkeit in die Messzelle zu leiten. Die Messzellenzuleitung kann je nach Ausführungsform entweder eine eigene Leitung oder ein Kanal in der Messzelle selbst sein. Die Vorrichtung umfasst ferner eine elektromagnetische Strahlungsquelle und ein Spektrometer zur spektroskopischen Erfassung des Absorptionsspektrums der die Komponenten enthaltenden Flüssigkeit in der Messzelle. Vorzugsweise erfolgt die Erfassung in einem Wellenlängenbereich von 185 bis 1000 nm. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Bestimmung der Absorption der Substanz durch das Spektrometer einen Wellenlängenbereich zwischen 185 und 200 nm abdeckt. Zur Beaufschlagung der Messzellenzuleitung mit der zu messenden Flüssigkeit ist eine zwischen der Probeentnahmeleitung und der Messzellenzuleitung angeordnete Pumpe vorgesehen, die erfindungsgemäß bidirektional arbeitet. Dabei muss die Pumpe in der Lage sein, kleinste Mengen der Produktflüssigkeit der Probeentnahmeleitung auch durch sehr lange und engvolumige Messzellenzuleitungen oder in die Messzelle zu drücken. Daneben ist für eine Reinigung der produktführenden Leitungen notwendig, dass die Pumpe in der Gegenrichtung hohe Flüssigkeitsvolumen der Reinigungsflüssigkeit mit hohen Fließgeschwindigkeiten verarbeiten kann.In particular, the devices and methods according to the invention enable the determination of components in the liquid and the determination of the concentrations or the mixing ratios in the liquid (eg in a beverage). The device comprises at least one connection for a sampling line for conveying liquid with the substances to be measured contained therein. Preferably, one end of the product extraction line is located directly on the process vessel containing the liquid to be measured. In addition, the product extraction line can also be connected directly to a process line. The product liquid is supplied via a strongly narrowing sampling line of a measuring cell, for which a separate measuring cell supply line is provided to direct the liquid required for measuring into the measuring cell. Depending on the embodiment, the measuring cell feed line can either be a separate line or a channel in the measuring cell itself. The apparatus further comprises an electromagnetic radiation source and a spectrometer for the spectroscopic detection of the absorption spectrum of the liquid containing the components in the measuring cell. The detection preferably takes place in a wavelength range from 185 to 1000 nm. According to the invention, the determination of the absorption of the substance by the spectrometer covers a wavelength range between 185 and 200 nm. In order to load the measuring cell supply line with the liquid to be measured, a pump is provided between the sampling line and the measuring cell supply line, which operates bidirectionally according to the invention. In doing so, the pump must be able to push even the smallest quantities of the product liquid of the sampling line through very long and narrow-volume measuring cell feeders or into the measuring cell. In addition, it is necessary for cleaning the product-carrying lines that the pump in the opposite direction can handle high volumes of liquid cleaning fluid at high flow rates.

Um die Bestimmung einer oder mehrerer Komponenten bzw. Substanzen in der zu messenden Flüssigkeit und somit die Ermittlung der Konzentration auch bei hochviskosen oder konzentrierten Medien zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Leitungsdurchmesser der Messzellenzuleitung kleiner 1/4'' beträgt. Vorzugsweise beträgt der Leitungsdurchmesser der Messzellenzuleitung nicht mehr als etwa 1/8''. Vorzugsweise ist der Leitungsdurchmesser der Messzellenzuleitung nicht größer als 1/16''. Der Begriff ”Messzellenzuleitung” wie hier verwendet umfasst sowohl eine eigene Leitung, die zur Messzelle führt als auch einen Messzellenkanal innerhalb der Messzelle selbst.In order to enable the determination of one or more components or substances in the liquid to be measured and thus the determination of the concentration even in highly viscous or concentrated media, the invention provides that the line diameter of the measuring cell supply line is less than 1/4 ". Preferably, the lead diameter of the cell lead is not more than about 1/8 ". Preferably, the lead diameter of the measuring cell lead is not greater than 1/16 ". The term "cell lead" as used herein includes both a separate lead, the leads to the measuring cell as well as a measuring cell channel within the measuring cell itself.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die optische Pfadlänge, den die elektromagnetische Strahlung in der Messzelle zurücklegt im Absorptionsbereich der Substanzen so gewählt ist, dass die Absorption der Substanz gemäß der Formel A = εdc in dem Wellenlängenbereich von Interesse nicht größer als 2 ist, wobei

A: = Absorption
ε: = Extinktionskoeffizient
d: = Pfadlänge
c: = Konzentration der absorbierenden Substanz.

According to the invention, it is further provided that the optical path length traveled by the electromagnetic radiation in the measuring cell in the absorption region of the substances is selected so that the absorption of the substance according to the formula A = εdc in the wavelength range of interest is not greater than 2,

A: = Absorption
ε: = Extinction coefficient
d: = Path length
c: = Concentration of the absorbing substance.

Die gewählte Pfadlänge der Messzelle beträgt erfindungsgemäß deshalb zwischen 10 und 300 μm.The selected path length of the measuring cell is therefore according to the invention between 10 and 300 microns.

Erfindungsgemäß wird hierfür der vergleichsweise große Leitungsdurchmesser einer Probeentnahmeleitung auf einen kleinen Durchmesser der Messzellenzuleitung reduziert, die in einer bevorzugten Ausführungsform eine Nennweite von lediglich 1/8'' aufweist. Hierbei müssen kleinste Mengen der zu messenden Produktflüssigkeit zur Messzelle transportiert werden. Die Leitungsdurchmesser der Probeentnahmeleitungen sind vorzugsweise so gewählt, dass möglichst geringe Mengen an Produktflüssigkeiten verworfen werden, wobei es prozesstechnische und fertigungstechnische Grenzen gibt.According to the invention, for this purpose, the comparatively large line diameter of a sampling line is reduced to a small diameter of the measuring cell feed line, which in a preferred embodiment has a nominal width of only 1/8 ". In this case, smallest quantities of the product liquid to be measured have to be transported to the measuring cell. The pipe diameters of the sampling lines are preferably chosen so that the smallest possible amounts of product liquids are discarded, there are process engineering and manufacturing limits.

Zur Ermittlung der Druckverhältnisse in der Probeentnahmeleitung ist vor und/oder nach der Pumpe vorzugsweise ein Drucksensor zur Bestimmung des Leitungsdruckes vorgesehen. Nach der Pumpe ist in einer bevorzugten Variante ferner ein Spaltsiebfilter vorgesehen, der bedarfsweise rückspülbar ist. Der Spülfilter wird insbesondere dann eingesetzt, wenn die Partikelgröße in der Flüssigkeit größer als die Pfadlänge ist. Der Spaltsiebfilter besteht aus mehreren parallel zueinander angeordneten Lamellen, deren Querschnitt sich konisch verjüngt. Vorzugsweise beträgt die Filtergröße bei dem erfindungsgemäßen Spaltsiebfilter 50 μm. Das Rückspülen des Filters wird erforderlich, wenn die Probeentnahmeleitungen mit Produktwasser oder CIP(”Cleaning In Place”)-Flüssigkeit gereinigt werden. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Filtereingang einen größeren Leitungsdurchmesser der Probeentnahmeleitung aufnimmt als der Filterausgang, was zu einer weiteren Reduktion des Leitungsdurchmessers der Produktentnahmeleitung führt. Die Anordnung einer bidirektionalen Pumpe und/oder des Spaltfilters ist optional.To determine the pressure conditions in the sampling line, a pressure sensor for determining the line pressure is preferably provided before and / or after the pump. After the pump, a slotted screen filter is further provided in a preferred variant, which is, if necessary, backwashed. The flushing filter is used in particular when the particle size in the liquid is greater than the path length. The slotted screen consists of several mutually parallel slats whose cross-section tapers conically. The filter size in the slotted screen filter according to the invention is preferably 50 μm. Backwashing the filter is required when cleaning the sampling lines with product water or CIP ("Cleaning In Place") fluid. It is preferably provided that the filter inlet receives a larger pipe diameter of the sampling line than the filter outlet, which leads to a further reduction of the pipe diameter of the product extraction line. The arrangement of a bidirectional pump and / or the split filter is optional.

In der filterausgangsseitigen Probeentnahmeleitung ist ferner eine Zuleitung für Produktwasser bzw. CIP-Flüssigkeit vorgesehen. Sämtliche Zuleitungen oder Ableitungen der erfindungsgemäßen Anlage können über Ventile verschließbar gemacht werden. Durch Zuführen von Produktwasser bzw. CIP-Flüssigkeit werden die produktführenden Leitungen gespült und gereinigt. Das Produktwasser oder die CIP-Flüssigkeit weisen vorzugsweise einen Vordruck (ü) von 1 bis 4 bar auf. Die Reinigung beim CIP-Verfahren umfasst vorzugsweise ein Vorspülen, um die Leitungen von groben Verschmutzungen zu befreien. Danach erfolgt der Reinigungsschritt, bei dem die Leitungen mit einem Reinigungsmittel behandelt werden, vorzugsweise kommen alkalische Reinigungsmittel zum Einsatz. Danach werden die produktführenden Leitungen mit Wasser ausgespült und ggf. mit einer Säurelösung nachbehandelt, um Ablagerungen von Salzen zu verhindern. Bei bestimmten produktführenden Leitungen ist ferner eine Desinfektion zur Abtötung von Mikroorganismen mit Hilfe von Desinfektionsmitteln vorgesehen. Die Reinigung findet je nach Anlage beispielsweise ein Mal pro Woche statt.In the filter outlet-side sampling line, a supply line for product water or CIP liquid is also provided. All supply lines or discharges of the system according to the invention can be made closed by valves. By feeding product water or CIP liquid, the product-carrying lines are rinsed and cleaned. The product water or the CIP liquid preferably have a pre-pressure (I) of 1 to 4 bar. The cleaning in the CIP process preferably includes a pre-rinse to rid the lines of coarse dirt. Thereafter, the cleaning step in which the lines are treated with a cleaning agent, preferably alkaline cleaning agents are used. Thereafter, the product-carrying lines are rinsed with water and optionally treated with an acid solution to prevent deposits of salts. In certain product-carrying lines also a disinfection to kill microorganisms using disinfectants is provided. The cleaning takes place depending on the plant, for example once a week.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass das nachfolgende spektroskopische Messsystem unabhängig von der zuvor beschriebenen Reinigungsprozedur verfahrenstechnischer Anlagen betrieben werden kann. Eine Reduzierung des Leitungsdurchmessers der Messzellenzuleitung erfolgt erst nach der Kreuzungsstelle zur Einleitung des Produktwassers bzw. der CIP-Flüssigkeit. Eine Reduzierung des Leitungsdurchmessers der Messzellenzuleitung auf beispielsweise 1/8'' oder kleiner erfolgt vorzugsweise über ein Reduzierungsglied, das beispielsweise Probeentnahmeleitung mit einer Nennweite von DN8 auf einen Leitungsdurchmesser von 1/8'' für die Messzellenzuleitung reduziert. Die Messzellenzuleitung befördert die zu messende Flüssigkeit aus der Probeentnahmeleitung (ggf. über die Pumpe und den Spaltsieb) letztendlich in die Messzelle, wo die eigentliche spektroskopische Messung über eine elektromagnetische Strahlungsquelle erfolgen kann. Häufig ist hierbei der Leitungsdruck oder Behälterdruck ausreichend (z. B. ca. 8 bar), bedarfsweise kann jedoch eine Pumpe vorgesehen sein. Vorzugsweise kommt eine Strahlungsquelle zum Einsatz, die den Wellenlängenbereich von 185 nm bis 1000 nm abdeckt. In einer bevorzugten Variante wird der Wellenlängenbereich mit einem UV/VIS-Strahler zwischen 185 und 600 nm, vorzugsweise zwischen 185 nm und 360 nm, vorzugsweise zwischen 185 und 240 nm abgedeckt. In jedem Fall wird erfindungsgemäß der Wellenlängenbereich zwischen 185 nm und 200 nm zur Bestimmung der Absorption der Substanz abgedeckt.An advantage of the present invention is the fact that the following spectroscopic measuring system can be operated independently of the previously described cleaning procedure of process plants. A reduction of the cable diameter of the measuring cell supply line takes place only after the crossing point for the introduction of the product water or the CIP liquid. A reduction of the lead diameter of the measuring cell lead to, for example, 1/8 "or smaller is preferably effected via a reducing member, which for example reduces sampling line with a nominal diameter of DN8 to a lead diameter of 1/8" for the measuring cell lead. The measuring cell supply finally conveys the liquid to be measured from the sampling line (possibly via the pump and the slotted screen) into the measuring cell, where the actual spectroscopic measurement can take place via an electromagnetic radiation source. Often, the line pressure or container pressure is sufficient (eg, about 8 bar), but if necessary, a pump may be provided. Preferably, a radiation source is used which covers the wavelength range from 185 nm to 1000 nm. In a preferred variant, the wavelength range is covered by a UV / VIS emitter between 185 and 600 nm, preferably between 185 nm and 360 nm, preferably between 185 and 240 nm. In any case, according to the invention, the wavelength range between 185 nm and 200 nm is covered for determining the absorption of the substance.

Zwischen der Messzellenzuleitung und der Messzelle ist wenigstens ein mehrstufig schaltbares Ventil mit mehreren Ventilstellungen vorgesehen, das hier als Multiportventil bezeichnet wird. Das Ventil regelt die Zufuhr der zu messenden Flüssigkeit, aber auch von Reinigungsflüssigkeit. In einer bevorzugten Variante kann die Messzelle je nach Ventilstellung mit Produktwasser oder CIP-Flüssigkeit durchspült werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch ein unabhängiger Spülkreislauf für die Messzelle vorgesehen, der aus einem Spülbehälter, Spülleitungen und einer getrennten Spülpumpe besteht. Mit dem Multiportventil kann somit aus dem Spülbehälter eine eigene Spülflüssigkeit für die Reinigung in die Messzelle geleitet werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass der eigene Spülkreislauf für die Messzelle unabhängig vom Reinigungskreislauf des Produktwassers bzw. der CIP-Flüssigkeit arbeitet. Daneben kann eine eigene Kalibrierungsprozedur unter Einsatz des Multiportventils vorgesehen sein.Between the measuring cell supply and the measuring cell at least one multi-stage switchable valve is provided with a plurality of valve positions, which is referred to here as a multiport valve. The valve regulates the supply of the liquid to be measured, but also of cleaning fluid. In a In a preferred variant, the measuring cell can be flushed with product water or CIP liquid, depending on the valve position. In a preferred embodiment, however, an independent rinsing circuit is provided for the measuring cell, which consists of a rinsing container, rinsing lines and a separate rinsing pump. With the multiport valve can thus be directed from the washing a separate rinsing liquid for cleaning in the measuring cell. It is particularly advantageous that the own rinsing circuit for the measuring cell works independently of the cleaning cycle of the product water or the CIP liquid. In addition, a separate calibration procedure can be provided using the multiport valve.

In einer bevorzugten Variante kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass mehrere Messzellenzuleitungen zu einer Messzelle führen, um dadurch unterschiedliche Prozessleitungen oder Prozessbehälter verfahrenstechnisch zu erfassen. Damit können verschiedene Prozessbehälter oder Prozessleitungen von einer Messzelle erfasst werden.In a preferred variant, moreover, provision may be made for a plurality of measuring cell feeders to lead to a measuring cell, in order thereby to detect different process lines or process containers in terms of process technology. This allows different process vessels or process lines to be detected by a measuring cell.

Ausgehend von dem Multiportventil ist ferner ein Behälter zur Probenentnahme oder für die Basiskalibrierung vorgesehen. Die Spülflüssigkeit kann entweder dem Spülbehälter zur weiteren Verwendung zurückgeführt oder über einen Abfluss entsorgt werden.Starting from the multiport valve, a container for sampling or for basic calibration is further provided. The rinsing liquid can either be returned to the rinsing container for further use or disposed of via a drain.

Die zwischen der Probeentnahmeleitung und der Messzellenzuleitung angeordnete Pumpe ist vorzugsweise eine Drehkolbenpumpe, die bidirektional betreibbar, selbstschmierend und trockenlauffähig ist. Der bidirektionale Betrieb ermöglicht das Pumpen von Produktflüssigkeit aus den Misch- oder Speicherbehältern in die Messzellenzuleitung und letztendlich in die Messzelle. Gleichzeitig ist ein Betrieb in Gegenrichtung möglich, bei dem beim Reinigungsprozess Produktwasser bzw. CIP-Flüssigkeit in die Gegenrichtung zu einem Abfluss gepumpt wird, um dadurch die Leitungen und Leitungsbestandteile zu reinigen. Da hochviskose Flüssigkeiten wie Sirupe zumeist einen hohen Zuckeranteil aufweisen, ermöglicht eine selbstschmierende Pumpe einen davon unbeeinflussten Betrieb. Das Trockenlaufen der Pumpe ermöglicht ein Anfahren der Pumpe bei entleerter Produktleitung, wodurch die Leitungen bei einem Medienwechsel kurz zuvor entleert werden. Die zu messende Flüssigkeit braucht dadurch nicht das Wasser verdrängen, was sich vorteilhaft auf die Messzeit und die kleinere Menge des benötigten Messmediums auswirkt.The pump disposed between the sampling line and the measuring cell supply line is preferably a rotary piston pump that is bidirectionally operable, self-lubricating and dry-runable. Bidirectional operation allows the pumping of product fluid from the mixing or storage tanks into the meter cell feed and ultimately into the meter cell. At the same time, operation in the opposite direction is possible, in which during the cleaning process product water or CIP liquid is pumped in the opposite direction to a drain in order to thereby clean the lines and line components. Since highly viscous liquids such as syrups usually have a high sugar content, a self-lubricating pump allows uninfluenced operation. Dry running of the pump allows the pump to start when the product line is empty, which means that the lines are emptied shortly before the medium is changed. The liquid to be measured thus does not need to displace the water, which has an advantageous effect on the measuring time and the smaller amount of the required measuring medium.

Die Messzelle ist erfindungsgemäß so aufgebaut, dass eine Absorption von Substanzen in der zu messenden Flüssigkeit auch in sehr kurzen Wellenlängenbereichen im Bereich von 185 bis 240 nm, möglich ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Pfadlänge in der Messzelle sehr klein gehalten wird (zwischen 10 und 300 μm), so dass die Absorption der zu messenden Substanz nicht größer als 2 ist. Dadurch erhält man die erwünschte Auflösung, um eine Analyse der Zusammensetzung und ggf. eine Bestimmung der Konzentration von einer Substanz oder mehreren Substanzen in der Flüssigkeit zuverlässig durchzuführen. Vorzugsweise besteht die Messzelle aus Quarzglas und ist in der Vorrichtung auswechselbar. Die Messzelle umfasst vorzugsweise einen Messzellenhalter und einen Spalt bzw. Kanal, in dem sich das Messmedium befindet. Aufgrund der geringen Pfadmenge muss sichergestellt werden, dass der Spalt nicht ”überläuft”. Aus diesem Grund ist vorzugsweise eine Bypass-Leitung vorgesehen, durch welche die Flüssigkeit unter Umgehung des Messkanales transportiert werden kann. Vorzugsweise sind ausgehend von der Messzellenzuleitung zwei Bypass-Leitungen vorgesehen, die den Spalt umgehen und am Ende wieder zu einer Ableitung zusammengeführt werden. Die Bypass-Leitungen oder Seitenkanäle leiten das Hauptvolumen der Flüssigkeit durch die Messzelle, während ein kleiner Teil in den Messkanal transportiert wird. Die Strahlungsquelle und das Spektrometer werden vorzugsweise jeweils über eine Kollimatoroptik, die gegenüberliegend in dem Messzellenhalter integriert sind, der Messzelle zugeführt.The measuring cell according to the invention is constructed so that an absorption of substances in the liquid to be measured is possible even in very short wavelength ranges in the range of 185 to 240 nm. According to the invention this is achieved in that the path length is kept very small in the measuring cell (between 10 and 300 microns), so that the absorption of the substance to be measured is not greater than 2. This provides the desired resolution to reliably perform an analysis of the composition and optionally a determination of the concentration of one or more substances in the liquid. Preferably, the measuring cell is made of quartz glass and is interchangeable in the device. The measuring cell preferably comprises a measuring cell holder and a gap or channel in which the measuring medium is located. Due to the small amount of paths, it must be ensured that the gap does not "overflow". For this reason, a bypass line is preferably provided, through which the liquid can be transported, bypassing the measuring channel. Preferably, starting from the measuring cell supply line, two bypass lines are provided which bypass the gap and at the end are brought together again to form a discharge. The bypass lines or side channels direct the main volume of liquid through the measuring cell, while a small part is transported into the measuring channel. The radiation source and the spectrometer are preferably each fed via a collimator optics, which are integrated in the measuring cell holder opposite, to the measuring cell.

Vorzugsweise beträgt die Pfadlänge der Messzelle < 300 μm, vorzugsweise zwischen 25 und 300 μm, vorzugsweise zwischen 25 und 50 μm. Bevorzugt beträgt die Pfadlänge etwa 50 μm, bevorzugt jedoch < 100 μm. Diese Pfadlängen ermöglichen eine Messung von hochviskosen oder konzentrierten Flüssigkeiten und den darin enthaltenen Substanzen in den Wellenlängenbereichen von > 185 nm. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem Verfahren ist eine Analyse von Flüssigkeiten, die eine hohe Absorption aufweisen, insbesondere Flüssigkeiten mit hoher Viskosität möglich. Mittels der hierfür vorgesehenen Pumpe ist eine Beförderung von Flüssigkeit aus einer großvolumigen Probeentnahmeleitung in eine engvolumige Messzellenzuleitung möglich. Ein entscheidender Vorteil gegenüber bestehenden Systemen ist ferner, dass kein hygienischer Aufbau des Systems erforderlich ist, weil keine Rückführung der zu messenden Flüssigkeit erfolgt. Die zu messende Flüssigkeitsmenge wird nach erfolgter Messung verworfen, wobei die eingesetzten Volumina so gering sind, dass im Vergleich zu bestehenden Verfahren kein nennenswerter Produktverlust entsteht. Messzellen, die nahezu permanent von der zu analysierenden Flüssigkeit durchströmt werden, erfordern einen hygienischen Aufbau, da nach erfolgter Messung die Flüssigkeit in den Produktkreislauf zurückgeführt wird. Darunter fallen beispielsweise Inline-Messsysteme.The path length of the measuring cell is preferably <300 μm, preferably between 25 and 300 μm, preferably between 25 and 50 μm. The path length is preferably about 50 μm, but preferably <100 μm. These path lengths enable a measurement of highly viscous or concentrated liquids and the substances contained therein in the wavelength ranges of> 185 nm. With the device or the method according to the invention is an analysis of liquids that have a high absorption, especially liquids with high viscosity possible. By means of the pump provided for this purpose, it is possible to transport liquid from a large-volume sampling line into a narrow-volume measuring cell feed line. A decisive advantage over existing systems is further that no hygienic design of the system is required because there is no return of the liquid to be measured. The amount of liquid to be measured is discarded after the measurement, the volumes used are so small that no significant loss of product results compared to existing methods. Measuring cells, which are flowed through almost permanently by the liquid to be analyzed, require a hygienic structure, since after measurement has taken place, the liquid is returned to the product cycle. These include, for example, inline measuring systems.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Pumpe ermöglicht zum einen, eine bestimmte Flüssigkeitsmenge ausgehend von einem großen Leitungsdurchmesser einer Probeentnahmeleitung in eine Messzellenzuleitung mit geringem Leitungsdurchmesser zu befördern. Hier werden Fließgeschwindigkeiten von ca. 1 l/h erreicht. Andererseits ermöglicht die beschriebene Pumpe auch hohe Fließgeschwindigkeiten in Gegenrichtung, wenn der Reinigungszyklus aktiv ist und eine für den Reinigungseffekt günstige Strömungsgeschwindigkeit von 1,5 m/s erreicht werden soll. Dabei können Fließgeschwindigkeiten von 400 bis 450 l/h erreicht werden. The pump used according to the invention makes it possible, on the one hand, to convey a certain amount of liquid, starting from a large pipe diameter of a sampling line, into a measuring cell feed line with a small line diameter. Here flow rates of about 1 l / h are achieved. On the other hand, the described pump also allows high flow rates in the opposite direction when the cleaning cycle is active and a favorable for the cleaning effect flow rate of 1.5 m / s to be achieved. Flow rates of 400 to 450 l / h can be achieved.

Besonders vorteilhaft ist zudem, dass das System ohne weiteres in eine bestehende Prozessanlage integriert werden kann und für mehrere Linien einsetzbar ist. Der unabhängige Spülkreislauf ermöglicht eine Reinigung und Kalibrierung der Messzelle unabhängig vom Reinigungskreislauf der Prozessanlage (CIP). Ferner können kleinste Mengen von Kalibrierflüssigkeiten verwendet werden, die über das Multiportventil der Messzelle zuführbar sind. Schließlich ist durch den erfindungsgemäßen Aufbau gewährleistet, dass sich die Prozessflüssigkeiten zwischen den Prozessleitungen oder den Prozessbehältern nicht berühren oder vermischen.It is also particularly advantageous that the system can be easily integrated into an existing process plant and can be used for several lines. The independent flushing circuit allows cleaning and calibration of the measuring cell independently of the cleaning cycle of the process plant (CIP). Furthermore, very small amounts of calibration fluids can be used, which can be supplied to the measuring cell via the multiport valve. Finally, it is ensured by the construction according to the invention that the process liquids do not touch or mix between the process lines or the process containers.

In einer bevorzugten Variante ist ferner vorgesehen, dass mehrere Messzellenzuleitungen über ein Multiportventil zu einer einzelnen Messzelle geführt werden, um so beispielsweise die Zusammensetzung von Flüssigkeiten aus unterschiedlichen Behältern zu bestimmen.In a preferred variant, it is further provided that a plurality of measuring cell feeders are guided via a multiport valve to a single measuring cell, so as to determine, for example, the composition of liquids from different containers.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass es nicht hygienisch aufgebaut sein muss, da die gemessene Produktflüssigkeit verworfen wird. Dabei sind die Mengen durch den erfindungsgemäßen Aufbau so gering, dass diese in der Praxis vernachlässigbar sind. Das System lässt sich zudem sehr leicht in bereits bestehenden Prozessleitungen oder an Prozessbehältern integrieren. Auch ist kein vorhergehender Verdünnungsschritt notwendig. Durch die Möglichkeit der rücklaufenden Pumpen sind zudem eigene Reinigungs- und Spülprozeduren geschaffen, die es ermöglichen, dass das System unabhängig von der CIP-Prozedur zu reinigen bzw. zu spülen. Ferner kann ein System für mehrere Prozessleitungen oder Prozessbehälter verwendet werden, wobei durch den beschriebenen Aufbau keine Gefahr durch eine Kreuzkontamination besteht. Es können auch mehrere Linien zusammengeschaltet werden. Die Kalibrierung kann mit kleinsten Flüssigkeitsmengen erfolgen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass das System mit der Messzelle kompakt aufgebaut und direkt an die Entnahmestelle platziert werden kann.The method according to the invention has the advantage that it does not have to be constructed hygienically, since the measured product liquid is discarded. The amounts are so low by the structure of the invention that they are negligible in practice. The system can also be easily integrated into existing process lines or process vessels. Also, no previous dilution step is necessary. The possibility of returning pumps also creates their own cleaning and rinsing procedures that allow the system to be cleaned and rinsed independently of the CIP procedure. Furthermore, a system for a plurality of process lines or process container can be used, whereby the described structure is free of risk of cross contamination. It can also be interconnected several lines. The calibration can be done with the smallest amounts of liquid. Another advantage is the fact that the system can be compactly constructed with the measuring cell and placed directly at the sampling point.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention will be explained in more detail in the following drawings. It shows

1 ein Übersichtsschema der Vorrichtungsbestandteile und des Verfahrensablaufs, 1 a schematic diagram of the device components and the procedure,

2 einen bevorzugten Aufbau der Messzelle, 2 a preferred construction of the measuring cell,

3 einen bevorzugten Aufbau des Spaltsiebfilters, 3 a preferred construction of the slot screen filter,

4 eine spektroskopische Analyse bei kurzen Wellenlängen als Beispiel. 4 a spectroscopic analysis at short wavelengths as an example.

In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bzw. des Verfahrens gezeigt. Produktflüssigkeit wird von einem Prozessbehälter 1, 2 zur Verfügung gestellt. Von diesem geht eine Prozessleitung ab (unten). An den Behälterausgängen sind Ventile vorgesehen, um den Volumenfluss von Flüssigkeit in die Probeentnahmeleitung 6 zu kontrollieren. In der Probeentnahmeleitung 6 ist eine Pumpe 7 integriert, welche die Produktflüssigkeit in eine Messzellenzuleitung 16 mit geringem Leitungsdurchmesser (max. 1/4'' oder kleiner) befördert. Hierbei muss die Pumpe 7 in der Lage sein, gegen einen nennweitbedingten großen Widerstand Flüssigkeit in die Messzellenzuleitung 16 zu pumpen. Eine Pumpleistung von 1 l/h ist für diesen Zweck erstrebenswert. Am Pumpeneingang wird die Probeentnahmeleitung 6 mit einer Nennweite von DN10 angeschlossen. Die Pumpe 7 ist selbstschmierend ausgestaltet, da die zu transportierenden Flüssigkeiten zumeist hochviskos, d. h. sirupartig sind. Ein Drucksensor 8 in der Produktleitung 9 ermöglicht die Bestimmung der Druckverhältnisse in der Flüssigkeitsleitung. Zur Filterung von Partikeln ist in der Produktleitung 9 ferner ein Spaltsiebfilter 10 vorgesehen, der vorzugsweise eine Filtergröße von 50 μm aufweist. Am filtereingangsseitigen Ende des Spaltsiebfilters 10 wird die Produktleitung mit einer Nennweite von DN15, am filterausgangsseitigen Ende eine Produktleitung 11 mit einer Nennweite von DN8 angeschlossen.In 1 a preferred embodiment of the system or the method according to the invention is shown. Product liquid is from a process container 1 . 2 made available. From this comes a process management (below). Valves are provided at the tank outlets to control the volume flow of liquid into the sampling line 6 to control. In the sampling line 6 is a pump 7 integrated, which the product liquid into a measuring cell lead 16 with a small diameter (max 1/4 '' or smaller). Here, the pump must 7 be able to inject liquid into the measuring cell lead against a large resistance near the nominal 16 to pump. A pumping capacity of 1 l / h is desirable for this purpose. At the pump inlet becomes the sampling line 6 connected with a nominal diameter of DN10. The pump 7 is designed self-lubricating, since the liquids to be transported are usually highly viscous, ie syrupy. A pressure sensor 8th in the product line 9 allows the determination of the pressure conditions in the liquid line. For filtering particles is in the product line 9 Further, a slotted screen filter 10 provided, which preferably has a filter size of 50 microns. At the filter inlet end of the slotted screen filter 10 the product line will have a nominal diameter of DN15 and a product line at the filter exit end 11 connected with a nominal diameter of DN8.

Ferner erkennt man die Zuleitung für Produktwasser/CIP-Flüssigkeit über ein Ventil 12. Mit dem CIP-Verfahren können bedarfsweise die Flüssigkeitsleitungen 6, 9, 11 und auch die Messzellenzuleitung 16 gereinigt werden. Bei einem üblichen Reinigungskreislauf werden die Abflussventile 4 sowie die Leitungsventile 3, 12 sowie das Multiportventil 17 in Richtung Messzelle 21 geöffnet, so dass das Produktwasser bzw. die CIP-Flüssigkeit die einzelnen Leitungen durchströmen kann. Über die Abflüsse 5, 14 kann das Produktwasser bzw. die CIP-Flüssigkeit dem System neu zugeführt oder entsorgt werden. Eine Rückspülung erfolgt über die Pumpe 7, die große Flüssigkeitsvolumen mit hoher Fließgeschwindigkeit durch die Leitungen 9, 6 transportieren kann. Hierfür wird das Ventil 12 geöffnet und Produktwasser oder CIP-Flüssigkeit zugeführt.Furthermore, one recognizes the supply line for product water / CIP liquid via a valve 12 , If necessary, the liquid lines can be used with the CIP process 6 . 9 . 11 and also the measuring cell lead 16 getting cleaned. In a conventional cleaning cycle, the drain valves 4 as well as the line valves 3 . 12 as well as the multiport valve 17 in the direction of the measuring cell 21 opened, so that the product water or the CIP liquid can flow through the individual lines. About the drains 5 . 14 The product water or the CIP liquid can be re-supplied to the system or disposed of. Backwashing takes place via the pump 7 , the large volume of liquid with high flow rate through the pipes 9 . 6 can transport. This is the valve 12 opened and supplied product water or CIP liquid.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Pumpe 7 einen Rücklauf ermöglicht, wodurch die zur CIP-Reinigung erforderlichen hohen Fließgeschwindigkeiten ermöglicht werden. Vorzugsweise werden bei der Reinigung Fließgeschwindigkeiten von > 1,5 m/Sek bei einem Durchfluss von 420 l/h angestrebt. Ferner ist die erfindungsgemäße Pumpe 7 trockenlauffähig, d. h. die Leitungen 6, 9, 11 und die Pumpe 7 können vollständig leer laufen, um einen Messmedien-optimierten Medienwechsel durchzuführen.According to the invention it is provided that the pump 7 allows a return, which allows the required for CIP cleaning high flow rates. Preferably, during cleaning, flow rates of> 1.5 m / sec are aimed for at a flow rate of 420 l / h. Furthermore, the pump according to the invention 7 Run dry, ie the lines 6 . 9 . 11 and the pump 7 can run completely empty to perform a media-optimized media change.

Ausgehend von der Produktleitung 11 mit einem Leitungsdurchmesser von beispielsweise DN8 folgt des Weiteren ein Reduzierglied 15, das den Leitungsdurchmesser in der gezeigten Variante von DN8 auf 1/8'' reduziert. Dieser Leitungsdurchmesser entspricht in der gezeigten Ausführungsform dem Durchmesser der Messzellenzuleitung 16. Diese mündet schließlich in ein Multiportventil 17, das u. a. den Flüssigkeitsstrom zur Messzelle 21 reguliert. Durch die starke Reduktion des Leitungsdurchmessers der Messzellenzuleitung 16 von der ursprünglichen großvolumigen Probeentnahmeleitung 6 mit einer Nennweite von DN10 sind lediglich Kleinstmengen zur spektroskopischen Bestimmung einer oder mehrerer Substanzen in der zu messenden Flüssigkeit erforderlich.Starting from the product line 11 with a line diameter of, for example, DN8 is further followed by a reducer 15 which reduces the pipe diameter from DN8 to 1/8 "in the variant shown. In the embodiment shown, this line diameter corresponds to the diameter of the measuring cell supply line 16 , This finally flows into a multiport valve 17 , including the liquid flow to the measuring cell 21 regulated. Due to the strong reduction of the cable diameter of the measuring cell supply line 16 from the original large-volume sampling line 6 with a nominal diameter of DN10, only very small quantities are required for the spectroscopic determination of one or more substances in the liquid to be measured.

Die Pfadlänge bei der Messzelle 21 ist im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen erheblich verkürzt und ist erfindungsgemäß so gewählt, dass die Absorption der Substanzen in der Flüssigkeit nicht größer als 2 ist. Viele der zu analysierenden Substanzen in der Flüssigkeit absorbieren die Strahlung (Licht) bei einer Wellenlänge von < 200 nm sehr stark. Bei bisherigen Verfahren war jedoch die Absorption in diesem Wellenlängenbereich zu hoch, um eine Analyse der in der Flüssigkeit enthaltenen Substanzen durchführen zu können. Um eine optische Analyse in einem Wellenlängenbereich durchzuführen, der auch Wellenlängen von 185 bis 240 nm umfasst, wird erfindungsgemäß die Pfadlänge stark verkürzt. Die Pfadlänge in der gezeigten Ausführungsform zur Bestimmung einer Substanz in einem Sirup beträgt 50 μm.The path length at the measuring cell 21 is considerably shortened in comparison with known devices and according to the invention is chosen so that the absorption of the substances in the liquid is not greater than 2. Many of the substances to be analyzed in the liquid strongly absorb the radiation (light) at a wavelength of <200 nm. In previous methods, however, the absorption in this wavelength range was too high to carry out an analysis of the substances contained in the liquid. In order to carry out an optical analysis in a wavelength range which also includes wavelengths of 185 to 240 nm, the path length according to the invention is greatly shortened. The path length in the illustrated embodiment for determining a substance in a syrup is 50 μm.

Erfindungsgemäß ist ferner ein vom CIP-Kreislauf unabhängiger Spülkreislauf vorgesehen, bestehend aus einem Spülbehälter 24, Spülleitungen 25, 26 und einer eigenen Spülpumpe 27. Zwar kann die Messzelle 21 auch mit Produktwasser bzw. CIP-Flüssigkeit über die Messzellenzuleitung 16 und das mehrstufig schaltbare Multiportventil 17 gespült oder gereinigt werden, allerdings wird die CIP-Flüssigkeit nur ein Mal pro Woche eingesetzt und die Spülflüssigkeit bzw. das Produktwasser hat nur eine spülende Wirkung. Auch könnte eine häufige Behandlung der Messzelle mit CIP-Flüssigkeit zu Beeinträchtigungen führen. Der unabhängige Spülkreislauf ermöglicht somit den Einsatz von abgestimmten Reinigungsflüssigkeiten für die Messzelle 21 und unabhängige Reinigungszyklen.According to the invention, a rinsing cycle independent of the CIP cycle is also provided, consisting of a rinsing container 24 , Rinse lines 25 . 26 and a separate flushing pump 27 , Although the measuring cell 21 also with product water or CIP liquid via the measuring cell supply line 16 and the multi-stage switchable multiport valve 17 be rinsed or cleaned, however, the CIP liquid is used only once a week and the rinsing liquid or the product water has only a rinsing effect. Also, frequent treatment of the measuring cell with CIP fluid could lead to impairments. The independent flushing circuit thus enables the use of coordinated cleaning liquids for the measuring cell 21 and independent cleaning cycles.

Für die Basiskalibrierung mit Substanzen bekannter Konzentrationen ist ferner ein eigener Kreislauf vorgesehen, der zudem eine Probenentnahme aus kleinen Produktbehältern mit einem Volumen von 100 bis 200 ml ermöglicht. Hierfür ist eine eigene Leitung vorgesehen, über die Produktflüssigkeit durch das Multiportventil 17 einem Behälter 19 zugeführt wird. Der Behälter 19 kann beispielsweise ein Probeentnahmebehälter sein. Bei einer Kalibrierung würde der Behälter 19 Kalibrierungsflüssigkeit enthalten. Eine Pumpe 18 beaufschlagt die Messzelle 21 mit Flüssigkeit über das Multiportventil 17. Der Abfluss 23 sorgt für ein Recycling oder eine Entsorgung der Flüssigkeiten. Über das Multiportventil 17 können zudem verschiedene Messzellenzuleitungen zur Messzelle 21 geschaltet werden. Die Pumpe 18 ist vorzugsweise ebenfalls bidirektional betreibbar, so dass auch ein Betrieb ausgehend von dem Behälter 19 zur Messzellenzuleitung 16 erfolgen, wobei das Multiportventil 17 in 2-1-Stellung ist.For the basic calibration with substances of known concentrations, a separate circuit is also provided, which also allows a sampling of small product containers with a volume of 100 to 200 ml. For this purpose, a separate line is provided, via the product fluid through the multiport valve 17 a container 19 is supplied. The container 19 For example, it may be a sampling container. During a calibration, the container would 19 Calibration fluid included. A pump 18 acts on the measuring cell 21 with liquid via the multiport valve 17 , The drain 23 ensures recycling or disposal of the liquids. About the multiport valve 17 In addition, different measuring cell leads to the measuring cell 21 be switched. The pump 18 is preferably also bidirectionally operable, so that also an operation starting from the container 19 for measuring cell supply 16 take place, wherein the multiport valve 17 in the 2-1 position.

In 2 ist ein beispielhafter Aufbau einer Messzelle 21 gezeigt. Diese besteht aus einem Messzellenhalter 28, in dem sich ein zentraler Spalt bzw. Kanal 29 für die spektroskopische Messung befindet. Der Hauptteil der Flüssigkeit wird jedoch um diesen Spalt 29 über zwei seitlich angeordnete Bypass-Leitungen 30 vorbeigeführt. Am Ende laufen diese beiden Leitungen 30 wieder zusammen. Die Pfadlänge der Messzelle 21 beträgt in der gezeigten Variante 50 μm und ermöglicht eine Auflösung der Absorption mit A < 2 und bei Wellenlängen < 200 nm.In 2 is an exemplary construction of a measuring cell 21 shown. This consists of a measuring cell holder 28 in which there is a central gap or channel 29 is located for spectroscopic measurement. The main part of the liquid, however, is around this gap 29 via two laterally arranged bypass lines 30 past. In the end, these two lines run 30 together again. The path length of the measuring cell 21 is in the variant shown 50 microns and allows a resolution of the absorption with A <2 and at wavelengths <200 nm.

In 3 ist ein erfindungsgemäßer Spaltsiebfilter 10 gezeigt, bestehend aus einzelnen Filterlamellen 36 und Zwischenräumen 37. Die Zwischenräume 37 verlaufen vorzugsweise von außen nach innen konisch zusammen und sind rückspülbar. Die Filtergröße beträgt vorzugsweise 50 μm. Stabilisiert wird der Filter durch Querleisten 35, die parallel zueinander beabstandet sind und die Lamellen 36 stützen.In 3 is a slotted screen filter according to the invention 10 shown, consisting of individual filter blades 36 and spaces 37 , The gaps 37 preferably run together conically from outside to inside and are backwashable. The filter size is preferably 50 μm. The filter is stabilized by transverse strips 35 which are spaced parallel to each other and the fins 36 support.

In 4 ist das Ergebnis einer spektroskopischen Analyse eines Fertiggetränks nach herkömmlichem Verfahren (Absorptionskurve A) mit einer Pfadlänge von 1000 μm sowie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Absorptionskurve B) mit einer Pfadlänge von 50 μm gezeigt. Deutlich erkennt man, dass bei einer Wellenlänge kleiner 300 nm bei dem herkömmlichen Verfahren keine Auflösung des Spektrums mehr möglich ist, da die Absorption bereits deutlich über A = 2 ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist jedoch die Absorption bei der gleichen Wellenlänge stark reduziert, so dass eine Analyse der in der Flüssigkeit enthaltenen Substanz möglich ist. Insbesondere erhält man eine feinere Auflösung von Komponenten, die in einem Wellenlängenbereich zwischen 185 nm und 200 nm absorbieren, wobei die Absorption < 2 ist. In diesem Bereich absorbieren viele der für die Getränkeindustrie relevanten Substanzen oder Komponenten. Bislang war eine spektroskopische Analyse mit vertretbarem Aufwand nicht möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren und das System ermöglichen eine kostengünstige und leicht in bestehende Prozesssysteme integrierbare Lösung.In 4 is the result of a spectroscopic analysis of a finished beverage according to the conventional method (absorption curve A) with a path length of 1000 microns and according to the inventive method (absorption curve B) shown with a path length of 50 microns. Clearly it can be seen that at a wavelength of less than 300 nm in the conventional method, no resolution of the spectrum is possible because the absorption is already well above A = 2. In the method according to the invention, however, the absorption at the same wavelength is greatly reduced, so that an analysis of the substance contained in the liquid is possible. In particular, one obtains a finer resolution of components which absorb in a wavelength range between 185 nm and 200 nm, wherein the absorption is <2. Many substances or components relevant to the beverage industry absorb in this area. So far, a spectroscopic analysis was not possible with reasonable effort. The method and the system according to the invention enable a cost-effective solution that can be easily integrated into existing process systems.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Analyse von Komponenten in Flüssigkeiten, die in einem Wellenlängenbereich von 185 bis 240 nm absorbieren. Daneben ermöglicht es eine sofortige Analyse hochviskoser oder hochkonzentrierter Flüssigkeiten wie z. B. Fertiggetränke oder Sirupe, wie sie insbesondere in der Getränkeindustrie hergestellt werden. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die Flüssigkeit ohne Verdünnung im laufenden Prozessbetrieb analysiert werden kann und dadurch Messungenauigkeiten und Messfehler sowie zusätzliche Verfahrenseinrichtungen vermieden werden können.The method according to the invention makes it possible to analyze components in liquids which absorb in a wavelength range from 185 to 240 nm. In addition, it allows an immediate analysis of highly viscous or highly concentrated liquids such. As ready-made drinks or syrups, such as those produced in particular in the beverage industry. It is particularly advantageous that the liquid can be analyzed without dilution in the current process operation and thus measurement inaccuracies and measurement errors and additional processing facilities can be avoided.

Claims

Device for the spectroscopic determination of one or more substances in liquids, in particular highly viscous or concentrated liquids in process lines, comprising - at least one connection for a sampling line ( 6 ) for the transport of liquid from a process line or a product container ( 1 ) with the components contained therein, - a measuring cell ( 21 ) for receiving the liquid to be measured, - an electromagnetic radiation source and a spectrometer for the spectroscopic detection of the absorption spectrum of the liquid containing the components in the measuring cell ( 21 ) in a wavelength range of 185 to 1000 nm, or a wavelength range therebetween, - a measuring cell lead ( 16 ) for feeding the liquid to be measured into the measuring cell ( 21 ), wherein the optical path length that the electromagnetic radiation in the measuring cell ( 21 ) is selected in the absorption range of the components such that the absorption of the substance in the wavelength range of interest according to the formula A = εdc is not greater than 2, where A = absorption ε = extinction coefficient d = path length c = concentration of the absorbing substance thereby characterized in that the cable diameter of the measuring cell supply ( 16 ) is less than 1/4 '', that the selected path length of the measuring cell ( 21 ) is between 10 and 300 microns, and that the determination of the absorption of the substance by the spectrometer covers a wavelength range between 185 and 240 nm.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the line diameter of the measuring cell supply ( 16 ) Is 1/8 "or smaller.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a between the sampling line ( 6 ) and the measuring cell lead ( 16 ) arranged pump ( 7 ) for charging the measuring cell lead ( 16 ) is provided with the liquid to be measured, which is bidirectionally operable.

Device according to claim 3, characterized in that after the pump ( 7 ) one of a plurality of mutually parallel slats ( 36 ) built-up slotted screen filter ( 10 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that for rinsing the measuring cell ( 21 ) an additional rinsing circuit is provided, consisting of a rinsing container ( 24 ), Flushing lines ( 25 . 26 ) and a rinsing pump ( 27 ), whereby between the measuring cell feeder ( 16 ) and the feeding line ( 26 ) of the flushing circuit for controlling a multi-stage switchable multiport valve ( 17 ) is arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the path length of the measuring cell ( 21 ) <300 microns, preferably between 25 and 300 microns, preferably between 25 and 50 microns, preferably about 50 microns.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring cell ( 21 ) a measuring cell holder ( 28 ) with a measuring gap ( 29 ) and at least one bypass line ( 30 ).

Method for the spectroscopic determination of one or more components in liquids, in particular highly viscous or concentrated liquids in process lines or process vessels, in which starting from a sampling line liquid with the components contained therein is supplied to a measuring cell, in which a spectroscopic detection of the absorption spectrum of those contained in the liquid Substance (s) in a wavelength range of 185 to 1000 nm, or a wavelength range in between, takes place, wherein the optical path length, the electromagnetic radiation travels in the measuring cell, is selected in the absorption range of the components so the absorption of the component according to the formula A = εdc in the wavelength range of interest is not greater than 2, wherein A = absorption ε = extinction coefficient d = path length c = concentration of the absorbing substance, characterized in that the line diameter of the measuring cell supply line is chosen to be smaller than 1/4 ", that the path length of the measuring cell is chosen such that it is between 10 and 300 microns, and that the absorption of the substance in the liquid to be measured in a wavelength range between 185 and 240 nm is determined.

A method according to claim 8, characterized in that for the spectroscopic measurement, a path length between 25 and 50 microns, preferably about 50 microns is selected.

A method according to claim 8 or 9, characterized in that are rinsed and purified by supplying product water or CIP liquid via a supply line product-carrying lines.