DE102016214792A1 - Device and method for the identification of substances of a material by means of spectroscopy - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Identifikation von Stoffen eines Materials mittels Spektroskopie, umfassend einen Laser zur Bestrahlung einer Probe des Materials mit Licht mit zumindest einer Wellenlänge, einen Detektor zur Detektion des von der Probe reemitierten Lichts und eine Analyseeinrichtung zur spektroskopischen Analyse des detektierten Lichts, wobei der Laser ein gepulster Laser ist, der eine Pulsdauer im Bereich von Picosekunden oder eine noch kürzere Pulsdauer aufweist.The invention relates to a device for identifying substances of a material by means of spectroscopy, comprising a laser for irradiating a sample of the material with light having at least one wavelength, a detector for detecting the light reemitierten by the sample and an analysis device for spectroscopic analysis of the detected light, wherein the laser is a pulsed laser having a pulse duration in the range of picoseconds or an even shorter pulse duration.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Identifikation von Stoffen eines Materials, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, mittels Spektroskopie, umfassend einen Laser zur Bestrahlung einer Probe des Materials mit Licht mit zumindest einer Wellenlänge, einen Detektor zur Detektion des von der Probe reemittierten Lichts und eine Analyseeinrichtung zur spektroskopischen Analyse des detektierten Lichts. The present invention relates to a device for identifying substances of a material, in particular of plastics and their additives, by means of spectroscopy, comprising a laser for irradiating a sample of the material with light having at least one wavelength, a detector for detecting the light re-emitted by the sample and an analysis device for the spectroscopic analysis of the detected light.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Identifikation von Stoffen eines Materials, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, wobei mittels eines Lasers eine Probe des Materials mit Licht zumindest einer Wellenlänge bestrahlt wird und das von dem Material reemittierte Licht detektiert wird, wobei das detektierte Licht spektroskopisch analysiert wird. The invention further relates to a method for the identification of substances of a material, in particular of plastics and their additives, wherein by means of a laser, a sample of the material is irradiated with light of at least one wavelength and the re-emitted light from the material is detected, wherein the detected light spectroscopically is analyzed.

Obwohl auf beliebige Materialien und Stoffe anwendbar, wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf Kunststoffe erläutert. Although applicable to any materials and materials, the present invention will be explained with reference to plastics.

Obwohl auf beliebigen Gebieten anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Recycling von Stoffen erläutert. Although applicable in any field, the present invention will be explained in terms of recycling of fabrics.

Das Recycling von Kunststoffen erfährt in letzter Zeit eine wachsende Bedeutung. Kunststoffmüll hat bereits erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt, sei es durch die Verschmutzung von Gewässern oder die immer weiter ansteigende Menge an Kunststoffmüll. Eine Lösung des Problems bietet das Kunststoff-Recycling, indem Altstoffe, also Kunststoffe, die in Produkten verarbeitet wurden und nicht mehr benötigt werden, in Wertstoffe, also in Stoffe, die für die erneute Verarbeitung in Produkten geeignet sind, umgewandelt werden. Hiermit können dann auch die für die Herstellung von Kunststoffen erforderlichen Ressourcen geschont werden. The recycling of plastics has recently become increasingly important. Plastic waste already has a significant impact on the environment, be it due to the pollution of water bodies or the ever increasing amount of plastic waste. One solution to the problem is plastic recycling, which converts existing substances, ie plastics that have been processed into products that are no longer needed, into valuable substances, ie substances that are suitable for reprocessing in products. This can then be spared the resources required for the production of plastics.

Zur Detektion und Identifizierung von Kunststoffen sind verschiedene optische Verfahren bekannt geworden, beispielsweise aus der EP 198 16 881 B4 . Hier wurden zur Bestrahlung u.a. kontinuierlich strahlende Laser verwendet. For the detection and identification of plastics, various optical methods have become known, for example from the EP 198 16 881 B4 , Here, among other things, continuously radiating lasers were used for the irradiation.

Nachteilig dabei ist jedoch, dass eine zuverlässige Identifizierung von Stoffen und/oder deren Additive nur bedingt möglich war, da die Auflösung und Selektivität der mittels der Bestrahlung der Proben mit Laserlicht erhaltenen Spektren recht gering war. A disadvantage, however, is that a reliable identification of substances and / or their additives was only possible to a limited extent, since the resolution and selectivity of the spectra obtained by means of the irradiation of the samples with laser light was quite low.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung von Stoffen anzugeben, welche eine genauere, selektivere und zuverlässigere Identifizierung von Stoffen ermöglicht. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung ein alternatives Verfahren und eine alternative Vorrichtung zur Identifizierung von Stoffen und/oder deren Additiven anzugeben. It is therefore an object of the present invention to provide a method and an apparatus for identifying substances which enables a more accurate, selective and reliable identification of substances. In addition, it is an object of the invention to provide an alternative method and an alternative apparatus for identifying substances and / or their additives.

Die Erfindung löst die vorstehend genannten Aufgaben bei einer Vorrichtung zur Identifikation von Stoffen eines Materials mittels Spektroskopie, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, umfassend einen Laser zur Bestrahlung einer Probe des Materials mit Licht mit zumindest einer Wellenlänge, einen Detektor zur Detektion des von der Probe reemittierten Lichts und eine Analyseeinrichtung zur spektroskopischen Analyse des detektierten Lichts, dadurch, dass der Laser ein gepulster Laser ist, der eine Pulsdauer im Bereich von Picosekunden oder eine noch kürzere Pulsdauer aufweist. The invention solves the above-mentioned objects in a device for the identification of substances of a material by means of spectroscopy, in particular of plastics and their additives, comprising a laser for irradiating a sample of the material with light having at least one wavelength, a detector for detecting the of the sample re-emitted light and an analyzer for spectroscopic analysis of the detected light, in that the laser is a pulsed laser having a pulse duration in the range of picoseconds or an even shorter pulse duration.

Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend genannten Aufgaben ebenfalls bei einem Verfahren zur Identifikation von Stoffen eines Materials, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, wobei mittels eines Lasers eine Probe des Materials mit Licht zumindest einer Wellenlänge bestrahlt wird und das von der Probe reemittierte Licht detektiert wird, wobei das detektierte Licht spektroskopisch analysiert wird, dadurch, dass die Probe mit gepulstem Licht des Lasers bestrahlt wird, wobei das gepulste Licht eine Pulsdauer im Bereich von Picosekunden oder eine noch kürzere Pulsdauer aufweist. The present invention also achieves the abovementioned objects in a method for identifying substances of a material, in particular of plastics and their additives, wherein a sample of the material is irradiated with light of at least one wavelength by means of a laser and the light re-emitted by the sample is detected in which the detected light is analyzed spectroscopically by irradiating the sample with pulsed light from the laser, the pulsed light having a pulse duration in the range of picoseconds or an even shorter pulse duration.

Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend genannten Aufgaben ebenfalls durch eine Verwendung von gepulstem Laserlicht mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Bestrahlung von Material, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, dessen reemittiertes Licht spektroskopisch analysiert wird. The present invention also achieves the aforementioned objects by using pulsed laser light having pulse durations in the range of picoseconds or even shorter pulse durations for irradiating material, in particular plastics and their additives, whose re-emitted light is analyzed spectroscopically.

Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend genannten Aufgaben ebenfalls durch eine Verwendung von gepulstem Laserlicht mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Bestrahlung von zu identifizierendem Material, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, für Recyclingzwecke. The present invention also achieves the objects mentioned above by using pulsed laser light with pulse durations in the range of picoseconds or even shorter pulse durations for irradiation of material to be identified, in particular of plastics and their additives, for recycling purposes.

Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend genannten Aufgaben ebenfalls durch eine Verwendung von gepulstem Laserlicht mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Bestrahlung von Polymeren, insbesondere Kunststoffen und ggf. deren Additiven und/oder von Verunreinigungen derselben, zu deren Identifikation. The present invention also achieves the abovementioned objects by using pulsed laser light having pulse durations in the range of picoseconds or even shorter pulse durations for irradiating polymers, in particular plastics and, if appropriate, their additives and / or impurities, for their identification.

Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend genannten Aufgaben ebenfalls durch eine Verwendung von gepulstem Laserlicht mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Fluoreszenzanalyse, insbesondere zur Analyse der Fluoreszenzabklingzeit und/oder Fluoreszenzlebenszeit. The present invention also achieves the above-mentioned objects by using pulsed laser light having pulse durations in the range of picoseconds or even shorter Pulse durations for fluorescence analysis, in particular for the analysis of fluorescence decay time and / or fluorescence lifetime.

Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend genannten Aufgaben ebenfalls durch eine Verwendung eines Pulslasers mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Bestrahlung von Material, dessen reemittiertes Licht zur Identifikation des Materials spektroskopisch analysiert wird, insbesondere mittels einer Fluoreszenzlebenszeitanalyse. The present invention also achieves the above-mentioned objects by using a pulse laser with pulse durations in the range of picoseconds or even shorter pulse durations for irradiating material whose re-emitted light is analyzed spectroscopically to identify the material, in particular by means of a fluorescence lifetime analysis.

Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass bei einer Bestrahlung mit gepulstem Licht insbesondere im Picosekunden-Bereich, eine bessere spektrale Auflösung des Spektrums des von der Probe reemittierten Lichts erreicht werden kann, also beispielsweise für eine nachfolgende Raman-Spektroskopie oder Fluoreszenzspektroskopie, was die Zuverlässigkeit und Selektivität der Identifikation auch von chemisch ähnlichen Stoffen erheblich verbessert. Darüber hinaus sind auch die Flexibilität hinsichtlich der Einsetzbarkeit der Vorrichtung bzw. des Verfahrens auf verschiedenen Gebieten wesentlich erhöht. Ein weiterer Vorteil ist, dass auf diese Weise die Dauer der Anregung die nachfolgende Detektion des reemittierten Lichts einer Probe kaum beeinflusst. One of the advantages achieved with this is that, when irradiated with pulsed light, in particular in the picosecond range, a better spectral resolution of the spectrum of the light re-emitted by the sample can be achieved, thus, for example, for subsequent Raman spectroscopy or fluorescence spectroscopy, which results in reliability and selectivity of the identification of even chemically similar substances significantly improved. In addition, the flexibility in terms of the applicability of the device or the method in various areas are substantially increased. A further advantage is that in this way the duration of the excitation hardly influences the subsequent detection of the re-emitted light of a sample.

Unter einem Detektor ist insbesondere in der Beschreibung, vorzugsweise in den Ansprüchen auch ein Dektorarray oder Ähnliches zu verstehen. A detector is to be understood in particular in the description, preferably in the claims also a Dektorarray or the like.

Unter noch kürzeren Pulsdauern sind im Bezug auf den Picosekundenbereich insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung Pulsdauern im Bereich von Femtosekunden, Attosekunden, etc. zu verstehen. Unter dem Femto-Sekunden-Bereich ist insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in Beschreibung der Bereich zwischen 0,1 fs und 500 fs zu verstehen, insbesondere der Bereich zwischen 1 fs und 100 fs, vorzugsweise der Bereich zwischen 2,5 fs und 50 fs, insbesondere der Bereich zwischen 4 fs und 10 fs, vorzugsweise der Bereich zwischen 5 fs und 8 fs, beispielsweise 5, 6, 7 und/oder 8 fs. Unter dem Atto-Sekunden-Bereich ist insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in Beschreibung der Bereich zwischen 0,1 as und 500 as zu verstehen, insbesondere der Bereich zwischen 1 as und 100 as, vorzugsweise der Bereich zwischen 2,5 as und 50 as, insbesondere der Bereich zwischen 4 as und 10 as, vorzugsweise der Bereich zwischen 5 as und 8 as, beispielsweise 5, 6, 7 und/oder 8 as. Even shorter pulse durations are to be understood as meaning pulse durations in the range of femtoseconds, attoseconds, etc. with respect to the picosecond range, in particular in the claims, preferably in the description. In particular in the claims, preferably in description, the femtosecond range is understood to mean the range between 0.1 fs and 500 fs, in particular the range between 1 fs and 100 fs, preferably the range between 2.5 fs and 50 fs , in particular the range between 4 fs and 10 fs, preferably the range between 5 fs and 8 fs, for example 5, 6, 7 and / or 8 fs. In particular in the claims, preferably in description, the range of the atto seconds is to be understood as meaning the range between 0.1 as and 500 as, in particular the range between 1 as and 100 as, preferably the range between 2.5 as and 50 as in particular the range between 4 as and 10 as, preferably the range between 5 as and 8 as, for example 5, 6, 7 and / or 8 as.

Unter dem Begriff „Material“ sind insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung ein oder mehrere Stoffe zu verstehen. The term "material" is to be understood in particular in the claims, preferably in the description of one or more substances.

Unter dem Begriff „Stoff“ ist insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung jegliche Art von festem, flüssigem oder gasförmigem Stoff zu verstehen. Insbesondere sind unter dem Begriff „Stoff“ jegliche Art von Polymer oder Polymeren zu verstehen, insbesondere Kunststoffe, beispielsweise

  • – jegliche Art von Silikon oder Silikonpolymer, insbesondere Silikontectosilgranulat, Silikontectosilfolie, Silikondehesiv Sn, Silikondehesiv Pt, jegliche Art von Silikonschläuchen, etc.,
  • – jegliche Art von Polyethylen PE, wie beispielsweise LDPE, HDPE und UHDPE,
  • – Polymethylmetacrylat PMMA,
  • – Polystyrol PS,
  • – Polyvinylchlorid und dessen Derivaten,
  • – Polycarbonat PC,
  • – Polyethylenenterephthalat PET.
The term "substance" is to be understood in particular in the claims, preferably in the description of any type of solid, liquid or gaseous substance. In particular, the term "substance" means any type of polymer or polymer, in particular plastics, for example
  • Any kind of silicone or silicone polymer, in particular silicone-octosiltrate, silicone-octo-silkscope, silicone-resist Sn, silicone-resist Pt, any kind of silicone-tubes, etc.,
  • Any type of polyethylene PE, such as LDPE, HDPE and UHDPE,
  • Polymethylmethacrylate PMMA,
  • - polystyrene PS,
  • - polyvinyl chloride and its derivatives,
  • - polycarbonate PC,
  • - polyethylene terephthalate PET.

Unter dem Begriff „Additiv“ sind insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung, jegliche gewollten oder ungewollten Zusätze zu einem Stoff oder Stoffen zu verstehen, insbesondere Flammschutzmittel, vorzugsweise halogenierte, insbesondere bromierte und/oder chlorierte Flammschutzmittel, beispielsweise umfassend

  • – polybromierter Diphenylether PDBE,
  • – polybromiertes Biphenyl PBB,
  • – decabromierter Diphenylether,
  • – pentabromierter Diphenylether,
  • – octabromierte Diphenylether,
  • – Hexabromcyclododecan,
  • – Tetrabrombisphenol A TBBP-A,
  • – Tetrabromphthalsäureanhydrid,
  • – bromierte Polystyrole,
  • – bromierte Phenole,
  • – reaktive Flammschutzmittel,
  • – Antimontrioxid,
  • – Antimonpentoxid,
  • – Ammoniumsulfat,
  • – etc.
The term "additive" is to be understood in particular in the claims, preferably in the description, any intentional or undesired additions to a substance or substances, in particular flame retardants, preferably halogenated, in particular brominated and / or chlorinated flame retardants, for example comprising
  • - polybrominated diphenyl ether PDBE,
  • - polybrominated biphenyl PBB,
  • Decabrominated diphenyl ether,
  • - pentabrominated diphenyl ether,
  • Octabrominated diphenyl ether,
  • - hexabromocyclododecane,
  • Tetrabromobisphenol A TBBP-A,
  • - tetrabromophthalic anhydride,
  • - brominated polystyrenes,
  • - brominated phenols,
  • - reactive flame retardants,
  • - antimony trioxide,
  • - antimony pentoxide,
  • Ammonium sulfate,
  • - Etc.

Unter dem Begriff „Additiv“ sind insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise in der Beschreibung, nicht Markierungstoffe, sog. „Marker“ zu verstehen, die einem Polymer, bspw. einem Kunststoff zu dessen Identifizierung zugesetzt werden und insbesondere später bspw. mittels einer Fluoreszenzanalyse identifiziert werden, um den damit versehenen Kunststoff zu identifizieren. The term "additive" is to be understood in particular in the claims, preferably in the description, not marking substances, so-called. "Markers" which are added to a polymer, for example. A plastic for its identification and in particular later identified, for example by means of fluorescence analysis to identify the plastic provided with it.

Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben oder durch das Folgende offenbar:
Vorzugsweise liegt der zeitliche Abstand zwischen zwei Pulsen des Lasers im Wesentlichen mindestens eine Größenordnung, vorzugsweise mindestens zwei Größenordnungen, insbesondere drei Größenordnungen über der Pulsdauer. Somit kann auf äußerst effiziente Weise reemittiertes Licht einer Probe nach einer Anregung über eine deutlich längere Zeit als die Anregungszeit, beispielsweise eine um den Faktor 100, 1.000 bis 10.000, etc. längere Zeit, gemessen werden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit für die Identifikation mittels der spektroskopischen Analyse von reemittiertem Licht der Probe weiter erhöht werden. Stellt beispielsweise der Laser eine Pulsdauer im Bereich von Picosekunden bereit, wird der zeitliche Abstand zwischen zwei Pulsen im Nano-Sekunden-Bereich gewählt.
Further features, advantages and further embodiments of the invention are described below or disclosed by the following:
Preferably, the time interval between two pulses of the laser is substantially at least one order of magnitude, preferably at least two orders of magnitude, in particular three orders of magnitude above the pulse duration. Thus, in a very efficient way re-emitted light of a sample after a stimulation over a much longer time than the excitation time, for example a by a factor of 100, 1,000 to 10,000, etc. for a longer period of time. Thereby, the reliability for the identification can be further increased by the spectroscopic analysis of re-emitted light of the sample. For example, if the laser provides a pulse duration in the range of picoseconds, the time interval between two pulses in the nanosecond range is selected.

Zweckmäßigerweise ist das reemittierte Licht im Wesentlichen zwischen zwei Pulsen des Lasers detektierbar. Damit lassen sich auf einfache Weise mehrere sequentielle Anregungen und Messungen des reemittierten Lichts einer Probe realisieren. Auch damit wird die Zuverlässigkeit der spektroskopischen Analyse weiter erhöht, da damit mehrere Messungen in äußerst kurzer Zeit durchgeführt werden können. Diese können dann beispielsweise gemittelt werden und so ein weniger fehlerbehaftetes spektroskopisches Analyseresultat, z.B. durch Steigerung des Signal-Rausch-Verhältnisses, erhalten werden. Conveniently, the re-emitted light is substantially detectable between two pulses of the laser. This makes it possible to easily realize a plurality of sequential excitations and measurements of the re-emitted light of a sample. This also further increases the reliability of the spectroscopic analysis, as it allows several measurements to be carried out in a very short time. These may then be averaged, for example, to produce a less erroneous spectroscopic analysis result, e.g. by increasing the signal-to-noise ratio.

Zweckmäßigerweise umfasst die spektroskopische Analyse eine Fluoreszenzspektralanalyse und/oder eine Fluoreszenzlebenszeitanalyse. Mittels einer Fluoreszenzspektralanalyse bzw. einer Fluoreszenzlebenszeitanalyse lassen sich insbesondere Kunststoffe einfach und zuverlässig unterscheiden. The spectroscopic analysis expediently comprises a fluorescence spectral analysis and / or a fluorescence lifetime analysis. By means of a fluorescence spectral analysis or a fluorescence lifetime analysis, in particular, plastics can be distinguished simply and reliably.

Vorteilhafterweise ist die Probe mit Licht einer Grundfrequenz und/oder einem oder mehreren ganzzahligen Vielfachen hiervon mittels des Lasers bestrahlbar. Damit kann die Materialprobe auf einfache Weise z.B. mit mehreren Wellenlängen bzw. Frequenzen bestrahlt werden. Weist der Laser eine Grundfrequenz auf, kann durch einfache Frequenzverdopplung, -verdreifachung, etc. auch ein sehr großer Wellenlängenbereich zur Bestrahlung abgedeckt werden, was die Flexibilität hinsichtlich Identifizierung von chemisch völlig unterschiedlichen Stoffen wesentlich erhöht. Advantageously, the sample can be irradiated with light of a fundamental frequency and / or one or more integer multiples thereof by means of the laser. Thus, the material sample can be easily prepared e.g. be irradiated with multiple wavelengths or frequencies. If the laser has a fundamental frequency, a very large wavelength range for irradiation can be covered by simple frequency doubling, tripling, etc., which substantially increases the flexibility with regard to the identification of chemically completely different substances.

Zweckmäßigerweise korrespondieren die Grundfrequenz und/oder die Frequenzvervielfachung zu Wellenlängen im Bereich zwischen 233 nm und 300 nm, insbesondere zwischen 250 nm und 280 nm, vorzugweise bei 266 nm und einer Wellenlängenverdopplung bei 532 nm. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Identifizierung von Kunststoffen mittels einer spektroskopischen Analyse und auch ggf. zugesetzten Fremdstoffen bzw. Additiven wie Flammschutzmitteln oder auch Verunreinigungen des Kunststoffs wie Öl, Benzin, etc.. Conveniently, the fundamental frequency and / or the frequency multiplication correspond to wavelengths in the range between 233 nm and 300 nm, in particular between 250 nm and 280 nm, preferably at 266 nm and a wavelength doubling at 532 nm. This enables a particularly reliable identification of plastics by means of a spectroscopic Analysis and any added foreign substances or additives such as flame retardants or impurities of the plastic such as oil, gasoline, etc ..

Vorteilhafterweise bezeichnet der Pico-Sekunden-Bereich den Bereich zwischen 0,5 ps und 500 ps, insbesondere den Bereich zwischen 1 ps und 100 ps, vorzugsweise den Bereich zwischen 2,5 ps und 50 ps, insbesondere zwischen 4 ps und 10 ps, vorzugsweise zwischen 5 ps und 8 ps, beispielsweise 5, 6, 7 und/oder 8 ps. Damit lässt sich auf zuverlässige Weise eine kurze Anregungszeit für eine Probe des Materials erreichen. Advantageously, the picosecond range refers to the range between 0.5 ps and 500 ps, more particularly the range between 1 ps and 100 ps, preferably the range between 2.5 ps and 50 ps, more preferably between 4 ps and 10 ps, preferably between 5 ps and 8 ps, for example 5, 6, 7 and / or 8 ps. This can reliably achieve a short excitation time for a sample of the material.

Zweckmäßigerweise ist die Probe in einer ersten Richtung durch den Laser beleuchtbar, wobei das reemittierte Licht in einer zweiten Richtung durch den Detektor detektierbar ist, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt sind. Damit lässt sich eine äußerst kompakte Bauweise der Vorrichtung erreichen. Conveniently, the sample is illuminable by the laser in a first direction, the re-emitted light being detectable in a second direction by the detector, the first direction and the second direction being substantially opposite. This makes it possible to achieve an extremely compact design of the device.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Further important features and advantages of the invention will become apparent from the subclaims, from the drawings, and from associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen. Preferred embodiments and embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components or elements.

Dabei zeigt It shows

1 in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 in schematic form a device according to an embodiment of the present invention;

2 Teilspektren von verschiedenen Kunststoffen bei Anregung mit einem Nanosekunden-Laser; und 2 Partial spectra of various plastics when excited with a nanosecond laser; and

3 Teilspektren für Kunststoffe bei Anregung mit einem Picosekunden-Laser. 3 Partial spectra for plastics when excited with a picosecond laser.

1 zeigt in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 shows in schematic form a device according to an embodiment of the present invention.

In 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Identifizierung von Kunststoff und/oder ggf. eines oder mehrerer seiner Additive gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst dabei eine Pulslichtquelle 2, hier in Form eines Pico-Sekunden-Lasers, mit der eine Probe 3 des Kunststoffs, der identifiziert werden soll, bestrahlt wird. Die Pulsdauer des Lasers beträgt hier 7,5 ps. Selbstverständlich kann die Pulsdauer auch nur 1 ps oder 100 ps oder dergleichen betragen. Das von der Probe 3 reemittierte Licht wird über einen Filter 4 sowie eine Linse 5 mittels eines Sensors 6 detektiert. Das von dem Sensor 6 erhaltene Rohsignal wird mittels einer Signalaufbereitung 7 aufbereitet und mittels eines Differenzierers 8 wird ebenfalls ein differenziertes Signal erzeugt. Es wird ebenfalls ein Trigger erzeugt mittels einer Triggererzeugung 9, welches dann einen ersten Zeitglied-Integrierer 12a und über einen Verzögerer 10 einen zweiten Zeitglied-Integrierer 12b auslöst. In 1 is a device 1 to identify plastic and / or possibly one or more of its additives. The device 1 includes a pulsed light source 2 , here in the form of a pico-seconds laser, with a sample 3 of the plastic to be identified is irradiated. The pulse duration of the laser is 7.5 ps. Of course, the pulse duration may be as low as 1 ps or 100 ps or so. That from the sample 3 Re-emitted light is filtered through a filter 4 as well as a lens 5 by means of a sensor 6 detected. That of the sensor 6 received raw signal is by means of signal conditioning 7 prepared and by means of a differentiator 8th a differentiated signal is also generated. A trigger is also generated by means of trigger generation 9 , which is then a first timer integrator 12a and a retarder 10 a second timer integrator 12b triggers.

Mittels der beiden Integrierer 12a und 12b wird das Signal zu unterschiedlichen, nicht überlappenden Zeitspannen auf der abfallenden Flanke des aufbereiteten Signals aufintegriert. Mittels einer Quotierung 13 werden die beiden Werte, die von den beiden Integrierern 12a und 12b bereitgestellt werden, miteinander in Relation gesetzt, hier mittels Quotientenbildung und die so erhaltene Zahl einer Auswertung 14 zugeführt. By means of the two integrators 12a and 12b the signal is integrated at different non-overlapping time periods on the falling edge of the conditioned signal. By means of a quotation 13 be the two values used by the two integrators 12a and 12b are provided, set in relation to each other, here by means of quotient formation and the number of evaluation thus obtained 14 fed.

Die Auswertung 14 kann u.a. darin bestehen, dass in einem Speicher der Vorrichtung eine Vielzahl von Referenzkennzahlen für div. Kombinationen von Kunststoffen und deren Additiven hinterlegt worden ist und auf Basis eines Vergleichs zwischen diesen Kennzahlen und der ermittelten Kennzahl durch die Messung dann der Kunststoff und/oder dessen Additive identifiziert werden. Für die Hinterlegung derartiger Werte/Kennzahlen können beispielsweise mehrfach wiederholte Messungen desselben Kunststoffs mit denselben Additiven durchgeführt werden und diese dann beispielsweise mit einem Mittelwert und einer entsprechenden Abweichung im Speicher abgelegt werden. Im Falle einer nicht eindeutigen Identifizierung kann ein solches Ergebnis einem Benutzer entsprechend angezeigt werden und der Kunststoff kann, wenn das Verfahren beim Recycling eingesetzt wird, separat aussortiert werden und ggf. dann einem weiteren Identifizierungsverfahren zugeführt werden. The evaluation 14 may, inter alia, that in a memory of the device, a plurality of reference codes for various combinations of plastics and their additives has been deposited and based on a comparison between these ratios and the determined index by the measurement then the plastic and / or its additives be identified. For the storage of such values / characteristic numbers, it is possible, for example, to carry out repeated measurements of the same plastic with the same additives and then to store these in the memory, for example with an average value and a corresponding deviation. In the case of ambiguous identification, such a result can be displayed to a user accordingly and the plastic, if the method is used in recycling, can be sorted out separately and then possibly fed to a further identification method.

2 zeigt Teilspektren von verschiedenen Kunststoffen aufgenommen bei Anregung mit einem Nanosekunden-Laser und 3 zeigt Teilspektren für Kunststoffe bei Anregung mit einem Picosekunden-Laser. 2 shows partial spectra of various plastics taken at excitation with a nanosecond laser and 3 shows partial spectra for plastics when excited with a picosecond laser.

In den 2 und 3 ist jeweils ein Ausschnitt eines aufgenommenen Spektrums (Intensität über Wellenlänge) für zwei verschiedene Kunststoffe gezeigt, die durch die unterbrochenen bzw. nicht unterbrochenen Linien dargestellt sind. In 2 bezeichnen die durchgezogenen Linien jeweils den Kunststoff Polystyrol PS, die unterbrochenen Linien den Kunststoff Acrylnitril-Butadien-Styrol ABS. In 3 bezeichnen die durchgezogenen Linie jeweils den Kunststoff Polystyrol PS, die unterbrochenen Linien den Kunststoff Polypropylen PP. Hierbei sind die Kunststoffe jeweils mehrfach bestrahlt und deren Spektrum aufgenommen worden. In 2 wurden die beiden Kunststoffe jeweils mehrfach mit einem Nanosekunden-Laser, also mit Laserlicht mit Pulsdauern im Nanosekundenbereich, bestrahlt, und 3 mit einem Picosekunden-Laser, also mit Laserlicht mit Pulsdauern im Picosekundenbereich. Wie zu erkennen ist, weisen die aufgenommenen Spektren in den überlappenden Wellenlängenbereichen zwischen 290nm und 340nm in 2 einen wesentlich weniger ausgeprägten bzw. charakteristischen Verlauf auf, verglichen mit dem Verlauf der Spektren der 3. Darüber hinaus sind auch die jeweiligen Maxima in der Intensität in 3 eindeutiger ausgeprägt und damit leichter identifizierbar als in 2. In the 2 and 3 In each case, a section of a recorded spectrum (intensity over wavelength) is shown for two different plastics, which are represented by the broken or unbroken lines. In 2 The solid lines indicate the plastic polystyrene PS, the broken lines the plastic acrylonitrile-butadiene-styrene ABS. In 3 The solid line designates the plastic polystyrene PS, the broken lines the plastic polypropylene PP. In this case, the plastics were each irradiated several times and their spectrum was recorded. In 2 The two plastics were irradiated several times with a nanosecond laser, ie with laser light with pulse durations in the nanosecond range, and 3 with a picosecond laser, ie with laser light with pulse durations in the picosecond range. As can be seen, the recorded spectra in the overlapping wavelength ranges between 290nm and 340nm in 2 a much less pronounced or characteristic course, compared with the course of the spectra of the 3 , In addition, the respective maxima in intensity are in 3 more distinct and thus easier to identify than in 2 ,

Zusammenfassend ermöglicht die Verwendung eines Pico-Sekunden-Lasers, eines Femto-Sekunden-Lasers, etc. zur Identifikation von Stoffen in einer Materialprobe deren einfache und zuverlässige sowie kostengünstige Identifizierung. In summary, the use of a pico-seconds laser, a femto-second laser, etc. for the identification of substances in a material sample allows their simple, reliable and cost-effective identification.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Vorrichtung contraption
2 2
Pulslichtquelle Pulse light source
3 3
Probe sample
4 4
Filter filter
5 5
Linse lens
6 6
Sensor sensor
7 7
Signalaufbereitung signal conditioning
8 8th
Differenzierer differentiator
9 9
Triggererzeugung trigger generation
1010
Verzögerer  retarder
12a, 12b 12a, 12b
Integrierer integrator
13 13
Quotierung quotation
14 14
Auswertung evaluation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 19816881 B4 [0006] EP 19816881 B4 [0006]

Claims (15)

Vorrichtung zur Identifikation von Stoffen eines Materials, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, mittels Spektroskopie, umfassend einen Laser zur Bestrahlung einer Probe des Materials mit Licht mit zumindest einer Wellenlänge, einen Detektor zur Detektion des von der Probe reemitierten Lichts und eine Analyseeinrichtung zur spektroskopischen Analyse des detektierten Lichts, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein gepulster Laser ist, der eine Pulsdauer im Bereich von Picosekunden oder eine noch kürzere Pulsdauer aufweist. Device for the identification of materials of a material, in particular of plastics and their additives, by means of spectroscopy, comprising a laser for irradiating a sample of the material with light having at least one wavelength, a detector for detecting the light reemitierten by the sample and an analysis device for spectroscopic analysis of the detected light, characterized in that the laser is a pulsed laser having a pulse duration in the range of picoseconds or an even shorter pulse duration. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der zeitliche Abstand zwischen zwei Pulsen des Lasers im Wesentlichen mindestens eine Größenordnung, vorzugsweise mindestens zwei Größenordnungen, insbesondere drei Größenordnungen über der Pulsdauer liegt. Apparatus according to claim 1, wherein the time interval between two pulses of the laser is substantially at least an order of magnitude, preferably at least two orders of magnitude, in particular three orders of magnitude above the pulse duration. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das reemittierte Licht im Wesentlichen zwischen zwei Pulsen des Lasers detektierbar ist. The device of claim 2, wherein the re-emitted light is substantially detectable between two pulses of the laser. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei die spektroskopische Analyse eine Fluoreszenzspektralanalyse und/oder eine Fluoreszenzlebenszeitanalyse umfasst. Apparatus according to any one of claims 1-3, wherein the spectroscopic analysis comprises fluorescence spectral analysis and / or fluorescence lifetime analysis. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–4, wobei die Probe mit Licht einer Grundfrequenz und/oder einem oder mehreren ganzzahligen Frequenzvielfachen hiervon mittels des Lasers bestrahlbar ist. Device according to one of claims 1-4, wherein the sample with light of a fundamental frequency and / or one or more integer frequency multiples thereof can be irradiated by means of the laser. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Wellenlänge im Bereich zwischen 233nm und 300nm, insbesondere zwischen 250nm und 280 nm, vorzugsweise 266nm korrespondiert und wobei zumindest eine andere Frequenzlänge die entsprechende Frequenzverdoppelung der einen Grundfrequenz ist. Apparatus according to claim 5, wherein the wavelength in the range between 233nm and 300nm, in particular between 250nm and 280nm, preferably 266nm corresponds and wherein at least one other frequency length is the corresponding frequency doubling of the one fundamental frequency. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–6, wobei die Probe in einer ersten Richtung durch den Laser beleuchtbar ist und wobei das remittierte Licht in einer zweiten Richtung durch den Detektor detektierbar ist, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt sind.  Apparatus according to any of claims 1-6, wherein the sample is illuminable by the laser in a first direction and wherein the remitted light is detectable in a second direction by the detector, wherein the first direction and the second direction are substantially opposite. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei der Picosekunden-Bereich den Bereich bezeichnet, zwischen 0,5 ps und 500 ps, insbesondere den Bereichen zwischen 1 ps und 100 ps, vorzugsweise den Bereich zwischen 2,5 ps und 5,0 ps, insbesondere zwischen 4 ps und 10 ps, vorzugsweise zwischen 5 ps und 8ps, beispielsweise 5, 6, 7, oder 8 ps. Apparatus according to any one of claims 1-7, wherein the picosecond range designates the range between 0.5 ps and 500 ps, in particular the ranges between 1 ps and 100 ps, preferably the range between 2.5 ps and 5.0 ps , in particular between 4 ps and 10 ps, preferably between 5 ps and 8 ps, for example 5, 6, 7 or 8 ps. Verfahren zur Identifikation von Stoffen eines Materials, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, wobei mittels eines Lasers eine Probe des Materials mit Licht zumindest einer Wellenlänge bestrahlt wird und das von der Probe reemitierte Licht detektiert wird, wobei das detektierte Licht spektroskopisch analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe mit gepulstem Licht des Lasers bestrahlt wird, wobei das gepulste Licht eine Pulsdauer im Bereich von Picosekunden oder eine kürzere Pulsdauer aufweist. Method for identifying substances of a material, in particular of plastics and their additives, wherein a sample of the material is irradiated with light of at least one wavelength by means of a laser and the light reemitierte by the sample is detected, wherein the detected light is spectroscopically analyzed, characterized in that the sample is irradiated with pulsed light from the laser, the pulsed light having a pulse duration in the range of picoseconds or a shorter pulse duration. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Picosekunden-Bereich den Bereich bezeichnet, zwischen 0,5 ps und 500 ps, insbesondere den Bereichen zwischen 1 ps und 100 ps, vorzugsweise den Bereich zwischen 2,5 ps und 5,0 ps, insbesondere zwischen 4 ps und 10 ps, vorzugsweise zwischen 5 ps und 8 ps, beispielsweise 5, 6, 7, oder 8 ps. Method according to claim 9, wherein the picosecond range designates the range between 0.5 ps and 500 ps, in particular the ranges between 1 ps and 100 ps, preferably the range between 2.5 ps and 5.0 ps, in particular between 4 ps and 10 ps, preferably between 5 ps and 8 ps, for example 5, 6, 7, or 8 ps. Verwendung von gepulstem Laserlicht mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Bestrahlung von Material, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, dessen reemittiertes Licht spektroskopisch analysiert wird. Use of pulsed laser light with pulse durations in the range of picoseconds or even shorter pulse durations for the irradiation of material, in particular of plastics and their additives, whose re-emitted light is analyzed spectroscopically. Verwendung von gepulstem Laserlicht mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Bestrahlung von zu identifizierendem Material, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, für Recyclingzwecke. Use of pulsed laser light with pulse durations in the range of picoseconds or even shorter pulse durations for the irradiation of material to be identified, in particular of plastics and their additives, for recycling purposes. Verwendung von gepulstem Laserlicht mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Bestrahlung von Polymeren, insbesondere Kunststoffen und/oder deren Additiven, zu deren Identifikation.  Use of pulsed laser light with pulse durations in the range of picoseconds or even shorter pulse durations for the irradiation of polymers, in particular plastics and / or their additives, for their identification. Verwendung von gepulstem Laserlicht mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Fluoreszenzanalyse, insbesondere zur Analyse der Fluoreszezabklingzeit und/oder Fluoreszenzlebenszeit. Use of pulsed laser light with pulse durations in the range of picoseconds or even shorter pulse durations for fluorescence analysis, in particular for analyzing the fluorescence decay time and / or fluorescence lifetime. Verwendung eines Pulslasers mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden oder noch kürzeren Pulsdauern zur Bestrahlung von Material, insbesondere von Kunststoffen und deren Additiven, dessen reemittiertes Licht zur Identifikation des Materials spektroskopisch analysiert wird, insbesondere mittels einer Fluoreszenzlebenszeitanalyse. Use of a pulse laser with pulse durations in the range of picoseconds or even shorter pulse durations for the irradiation of material, in particular of plastics and their additives, whose re-emitted light is analyzed spectroscopically for the identification of the material, in particular by means of a fluorescence lifetime analysis.
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