WO2005047873A2 - Vorrichtung und verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen analyse von inhaltsstoffen in flüssigkeiten, insbesondere in getränke- und prozessflüssigkeiten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen analyse von inhaltsstoffen in flüssigkeiten, insbesondere in getränke- und prozessflüssigkeiten Download PDF

Info

Publication number
WO2005047873A2
WO2005047873A2 PCT/DE2004/002487 DE2004002487W WO2005047873A2 WO 2005047873 A2 WO2005047873 A2 WO 2005047873A2 DE 2004002487 W DE2004002487 W DE 2004002487W WO 2005047873 A2 WO2005047873 A2 WO 2005047873A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
container
liquid
atr crystal
line
measuring cell
Prior art date
Application number
PCT/DE2004/002487
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2005047873A3 (de
Inventor
Werner MÄNTELE
Frithjof Von Germar
Christian Zscherp
Oliver Klein
Hubert Koukol
Robert Koukol
Original Assignee
Johann Wolfgang Goethe-Universität
Centec Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Johann Wolfgang Goethe-Universität, Centec Gmbh filed Critical Johann Wolfgang Goethe-Universität
Priority to DE112004002673T priority Critical patent/DE112004002673D2/de
Publication of WO2005047873A2 publication Critical patent/WO2005047873A2/de
Publication of WO2005047873A3 publication Critical patent/WO2005047873A3/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02—Food
    • G01N33/14—Beverages

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for the qualitative and / or quantitative analysis of ingredients in liquids, in particular in process liquids and beverages. Furthermore, the invention relates to the use of the device according to the invention for the analysis of ingredients in liquids, such as beer, wine, spirits, mixed drinks, fruit juices, soft drinks, milk and milk products, and a flow measuring cell.
  • non-alcoholic as well as alcoholic beverages are regularly produced in large-scale plants and mostly filled, sealed and made ready for dispatch fully automatically in cans or bottles.
  • industrial beer bottling plants for example, around 80,000 bottles can be filled every hour.
  • sample-ready cans or bottles are to be taken at random intervals and examined for their characteristic ingredients.
  • constituents in aqueous systems in production plants can be determined by IR spectroscopy using online measurement if the analyte to be measured is subjected to a chemical reaction before the measurement, which leaves the other constituents of the liquid sample unaffected. It is also necessary for this that the change in the infrared absorption caused by the chemical reaction with the analyte is correlated with the concentration of the analyte to be determined.
  • a chemical reaction can consist of reaction with an acid or a base.
  • the procedure disclosed in DE 197 48 849 AI is inevitably limited to those analytes which can be subjected to a chemical reaction in a targeted manner and also remain measurable by infrared spectroscopy. Besides, this is The process is time-consuming and, in particular, not practical when examining beverages filled in containers, because the desired analysis results can often not be delivered promptly due to the required sample preparation.
  • DE 195 28 950 A1 discloses a device for analyzing, in particular, alcoholic beverages, which are delivered in containers such as bottles or cans.
  • Product-specific quality parameters are determined using density, sound, oxygen, carbon dioxide and color sensors. These sensors should be able to determine alcohol, sugar, carbon dioxide and oxygen levels as well as the pH values of the beverage liquids to be examined. For example, the density / sound sensor is used to determine the original wort and extract in beers.
  • a disadvantage of the device and the method according to DE 195 28 950 AI is that, in order to achieve reliable measured values, a temperature unit must always be provided in order to set the liquid to be analyzed to a temperature that corresponds to that of the sensors. In addition, a large number of sensors connected in series are required in order to be able to scan a sufficient number of product-specific quality parameters.
  • the object of the present invention was to make available a device with which the contents of beverage liquids can be determined simply and reliably quantitatively and qualitatively without the measurement result being disturbed by the presence of, for example, suspended matter or gas bubbles in the liquid. Furthermore, the present invention was based on the object of making available a device for prompt sample analysis in the manufacture of beverages, which enables quick and reliable qualitative and quantitative analysis of the contents of beverages which are located in a sealed container under pressure.
  • a device for the qualitative and / or quantitative analysis of ingredients in liquids, in particular in process liquids and / or in alcoholic and non-alcoholic beverages, which are present in open containers or in closable or sealed containers or containers on which pressure acts, which is greater than, equal to or less than atmospheric pressure, the container or container having at least one container wall, lid or base area and / or a closure which can be pierced, found comprising a) at least one first sampling device for batchwise or continuous removal of liquid, in particular of process or beverage liquid from an open container, comprising at least one first removal line; and / or at least one sample branching device for batchwise or continuous branching of liquid, in particular process or beverage liquid from a production process, comprising at least one branch line from the production process; and / or at least one second sampling device for the batch-wise or continuous removal of liquid, in particular beverage liquid, from a closable or closed container or bundle, comprising at least one piercing device containing at least one piercing mandrel with
  • a keg closure for producing a sealed opening in the container or container, in particular in its closure, via which the liquid in the container can be pressurized, and at least one second removal line, at least partially arranged within the piercing mandrel or spaced from the piercing mandrel, which can preferably be pushed in as far as the bottom region of the container, b) at least one flow measuring cell with an inlet connected to the first and / or second removal line and / or branch line of beverage or process liquid, and an outlet connected to a drain line is comprising at least one ATR crystal with an entry surface and an exit surface for infrared measurement radiation and a measurement path on the side of the ATR crystal facing the liquid to be analyzed, in particular the beverage or process liquid, on which the measurement beam at least e attenuated, in particular at least six times, is totally reflectable, c) an infrared spectrometer comprising at least one infrared light source, in particular an MIR light source, a first mirror
  • the first and second sampling devices can be operated manually or automatically.
  • a sampling line can be automatically inserted into a container with a beverage liquid to be analyzed and removed again after the sample has been taken in order to be inserted into another beverage container, preferably after a rinsing process.
  • the conveyor unit for removing beverage liquid can For example, represent a suction pump that is connected to the sampling line.
  • the sampling device can also be equipped with an automatic sample dispenser, which brings the beverage containers to a sampling station and, after the analysis, requests them back to their original position or transports them to another storage position.
  • the device according to the invention comprising the second sampling device, it is possible, for example, to analyze beverage liquids which are already present in packs, cans or bottles ready for sale and which have their own pressure which is above atmospheric pressure. These are regularly carbonated drinks such as soft drinks or sparkling wine, sparkling wine or beer. However, containers with a negative pressure are also suitable.
  • the piercing device allows drinks from these closed bottles and cans and other containers to be fed to a flow measuring cell under the conditions prevailing therein. Suitable piercing devices can, for example, be designed in such a way that they achieve a smooth and even transfer of beverage liquid to the flow measuring cell even with container pressure of 10 atmospheres or more.
  • the piercing is initiated by placing the movable sealing attachment on a preferably smooth surface of the beverage container.
  • the piercing device is then placed under the pressure prevailing inside the container and the container wall is pierced with the piercing mandrel, so that there is a connection to the interior of the container.
  • gases dissolved in the beverage liquid for example carbon dioxide
  • a sampling line can then be inserted into the container, for example through the piercing mandrel, forming a sealed double hollow cannula.
  • a pressure can be maintained by interacting with the device for applying a pressure to the interior of the container, even during the measurement, in the analysis device, in particular in the flow measuring cell, which releases the escape Prevents gases. This is achieved, for example, by using a shut-off valve and a needle valve.
  • the flow can be set within wide limits, for example depending on the measurement times provided for the measurement and / or the available measurement volume, and can be, for example, at a few milliliters per second. announce or be at a few milliliters per minute, but can also mean liquid stop.
  • a pressure of 2 to 5 atmospheres is usually maintained in the measuring device, in particular the flow measuring cell, for example when analyzing carbonated drinks.
  • shut-off valve allows the liquid to be stopped under the working pressure without having to adjust the needle valve, which ensures that different batches of beverage liquid can be measured in succession at the same pressure. If work is to be carried out under normal pressure conditions, the device for maintaining the pressure, in particular the needle valve, is opened accordingly.
  • a device is preferably also provided for pressurizing the interior of the closable or closed container or container, in particular via the piercing device, and / or at least one delivery unit, in particular in the form of a suction pump, which is in operative connection with the first and / or second extraction line and / or the branch line.
  • the ATR crystal is essentially transparent to IR radiation and, at least in some areas, has a pressure-resistant and, in particular on the surface facing the liquid to be analyzed, a water-insoluble, in particular water-insoluble, component.
  • Material includes or consists of such.
  • a suitable ATR body has at least two flat, essentially parallel boundary surfaces and has a refractive index that is greater than that of a medium to be examined that is adjacent to at least one boundary surface, in particular greater than or equal to 1.5.
  • the flat boundary surface of the ATR body accordingly advantageously has a continuous, uniform measuring path or a measuring path along or along which a measuring beam can be totally reflected, for example, attenuated at least six times. It is particularly preferred if the ATR crystal comprises zinc sulfide, zinc selenide or germanium.
  • Sapphire, cadmium telluride, thallium bromide iodide, silicon, magnesium difluoride, cesium iodide, silver chloride, calcium difluoride, potassium bromide and sodium chloride can also be used as ATR body materials.
  • these ATR bodies can be provided with a coating with a thickness that is less than the preferably half the wavelength of the infrared measurement radiation used, in particular with a thickness of approximately 2 nm to approximately 25 ⁇ m.
  • Suitable layers are, for example, those made of diamond or polyethylene.
  • a further embodiment according to the invention provides that the ATR crystal has a consistency and / or a thickness which is sufficient to withstand a positive or negative operating pressure of at least 3 atmospheres, in particular at least 5 atmospheres.
  • a further development of the device according to the invention is also characterized in that the surface of the ATR crystal exposed to the beverage liquid to be analyzed is at least partially essentially flat, at least this flat region encompassing the measuring path and essentially not horizontally, in particular inclined with respect to the horizontal or vertically.
  • an essentially vertical alignment of the measuring surface of the ATR crystal should also be understood to mean one that is slightly deflected from the vertical position, e.g. by about 10 °.
  • An inclined surface preferably has an inclination of approximately 45 ° with respect to the vertical.
  • the ATR crystal regularly has a trapezoidal longitudinal cross-section, the larger area of the opposing parallel crystal faces facing the medium to be examined.
  • the flow measuring cell comprises at least two large-area longitudinal walls and small-area side walls, the distance between opposing longitudinal walls being on average approximately 0.1 mm to at least 5 mm, in particular at least 1 mm, and in at least one of these longitudinal walls of the ATR crystal is integrated in a sealing manner.
  • the longitudinal walls can also be curved towards one another at least in regions and in this way lie directly against one another and form a closed measuring cell.
  • the interior of the measuring cell can be cylindrical or have a polygonal or irregular cross section.
  • the flow measuring cell regularly has two opposing longitudinal walls and four narrow sides connecting the longitudinal walls. It is advantageous if the flow measuring cell is designed to be pressure-resistant and e.g. Can withstand pressures of up to 100 atmospheres. It has proven particularly expedient to make at least one wall of the flow measuring cell transparent, e.g. made of plexiglass to allow a visual inspection during the measurement.
  • the ATR crystal can, for example, have seals made of a food-safe, pressure-resistant and temperature-resistant material, e.g. the plastic Viton, or other polymer materials known to the person skilled in the art are connected to the measuring cell in a sealing manner.
  • all of the contact surfaces of the ATR crystal that come into contact with the sealing material lie outside the optical measuring path or the measuring path.
  • the dimensions of the interior of the flow cell and the flow velocity in the cell are expediently to be coordinated with one another in such a way that no turbulent flows occur at least in the region of the optical measuring section.
  • an embodiment according to the invention is characterized in that the walls of the flow measuring cell, in particular the base body of the flow measuring cell, consist of a transparent glass or plastic material, in particular based on, preferably impact-modified, polycarbonate, polystyrene or polymethyl methacrylate.
  • the inlet opening for the feed line to the flow measuring cell is arranged below the longitudinal axis and / or the line on which the measuring path lies and that the outlet opening for the discharge from the flow measuring cell is arranged above the longitudinal axis and / or Line on which the measuring section lies, is arranged.
  • the procedure is such that the inlet and outlet openings of the flow measuring cell are arranged in the region of mutually opposite edges, in particular side edges, of the ATR crystal or in each case spaced apart from these opposite edges.
  • the inlet opening of the flow measuring cell is arranged below the line on which the lower edge of the ATR crystal lies and that the outlet opening of the flow measuring cell is arranged above the line on which the upper edge of the ATR crystal lies.
  • a flow measuring cell comprising opposing first and second wall surfaces, an ATR crystal which is transparent for infrared radiation, in particular MIR radiation, and which comprises at least two flat, essentially parallel boundary surfaces being integrated in the first wall surface in a sealing manner.
  • a flow measuring cell comprising opposing first and second wall surfaces, an ATR crystal which is transparent to infrared radiation, in particular MIR radiation, and which is at least two planar, essentially integrated in the first wall surface includes parallel boundary surfaces, one of which faces the interior of the flow measuring cell and cannot be aligned horizontally, in particular vertically, and makes a measuring path available, on which an infrared measuring beam can be totally reflected at least once, in particular weakened six times, at least one input opening for the feed line to the flow cell, which is arranged below the longitudinal axis and / or the line on which the measuring path lies, at least one outlet opening for the discharge from the flow measuring cell, which is above the longitudinal axis and / or the line on which the measuring path lies is arranged, and wherein the input and the output openings are each arranged at or spaced from the opposite ends of the measurement path.
  • the ATR crystal has a width of at least 0.2 cm, in particular of at least 1 cm, a length of at least 2 cm, in particular at least 5 cm, and a thickness of at least 2 mm, in particular at least 5 mm.
  • the dimensions of suitable ATR crystals can vary within a wide range.
  • the thickness of the crystal depends on the requirements of the compressive strength. At an operating pressure of e.g. 5 atmospheres can e.g. a crystal with a thickness of 5 mm are used.
  • the flow measuring cell comprises two large, opposing longitudinal walls of the surfaces, an average distance of about 1 mm is sufficient to ensure a laminar flow.
  • the IR light source represents a light source which emits a continuous or a sea wavelength spectrum.
  • Such light sources are known to the person skilled in the art, for example as Nernst pencils and as so-called globars. It is preferred to use IR light sources which are in the emit electromagnetic radiation in the middle infrared range, that is to say in the range from approximately 2 ⁇ m to approximately 25 ⁇ m, in particular from 2.5 ⁇ m to approximately 12 ⁇ m.
  • a means downstream of the IR light source which converts a convergent measuring beam into a, in particular narrow, parallel beam before it strikes the entrance surface of the ATR crystal.
  • the convergent beam can be made parallel by an off-axis paraboloid mirror and imaged with a diaphragm as a narrow parallel beam on the entrance surface of the ATR crystal.
  • the beam enters the entrance surface of the crystal vertically.
  • a second optic formed from an off-axis paraboloid mirror and possibly a plane mirror is preferably used to divergently couple the beam emerging from the exit surface of the ATR crystal into the beam path of the spectrometer and to adapt it to its optics.
  • the IR or MIR light source is a light source emitting one or more discrete wavelength (s), in particular an infrared light-emitting diode, a lead salt IR diode laser or a quantum cascade laser.
  • Quantum cascade lasers which are suitable for the measuring device according to the invention are e.g. known from EP 0676 893 AI and from US 5,509,025.
  • At least one coarse particle filter is interposed in the feed line to the flow measuring cell.
  • This coarse particle filter helps to protect the measuring cell from damage and contamination.
  • An essential function of the coarse particle filter is to keep chipped components away from the measuring cell when the beverage container is pushed through.
  • Suitable filters are usually filters with a pore size in the range from only 1 ⁇ m to about 0.1 mm.
  • The- These filters are preferably made of stainless steel and are connected to the flow measuring cell via stainless steel tubes, Teflon tubes or other tube materials suitable for food.
  • the infrared spectrometer is a Fourier transform infrared spectrometer.
  • the interferogram recorded in the detector of the Fourier transform infrared spectrometer which records an overlay of all wavelengths occurring in the spectrum, is broken down into the frequencies of the individual vibrations in the evaluation unit by means of Fourier transformations.
  • the data memory contains a database with characteristic analysis data of beverage ingredients to be examined.
  • a further embodiment of the measuring device is characterized in that the feed line to and / or the discharge line from the flow measuring cell each has at least one flow meter.
  • the flow meter in feedback with the device for applying a pressure to the beverage container, for example the shut-off valve and the needle valve, allows a constant flow of the liquid to be analyzed through the flow measuring cell.
  • the devices according to the invention can also be equipped with at least one O 2 sensor, in particular upstream of the flow measuring cell, and / or at least one conductivity, pH, sound / density, color, and / or turbidity sensor, in particular downstream of the flow cell. Furthermore, at least one thermostat unit for thermostating the liquid to be analyzed and / or at least one thermostat unit for thermostating the flow cell or the ATR crystal can also be provided.
  • the object on which the invention is based is further achieved by a method for the qualitative and / or quantitative analysis of constituents in liquids, in particular in beverage or process liquids, with in particular a device according to the invention, comprising the steps: providing a liquid to be analyzed in a container and introducing at least one first removal line into the liquid for batchwise or continuous sampling and / or batchwise or continuous branching off of a liquid from a production process via at least one branch line for sampling, transferring the liquid via a line to a flow cell containing an ATR crystal, - Introducing a MIR measuring beam into the ATR crystal, so that the measuring beam at least once, in particular at least six times, on the crystal surface that is in contact with the beverage liquid to be analyzed is totally attenuated along a measuring path, - directing the measuring beam emerging from the ATR crystal to a detector unit, - wavelength-specific registration of the intensity of the measuring beam, - comparing the detected absorption or intensity spectrum with reference spectra stored in a data memory in an evaluation
  • the object on which the invention is based is achieved by a method for the qualitative and / or quantitative determination of constituents in liquids, in particular in beverages, with in particular a device according to the invention, comprising the steps: providing a closable and closed container or container in which a liquid is present, which is acted on by a pressure which is greater than, equal to or less than atmospheric pressure, the container or container having at least one container wall, lid and / or base region or a closure which can be pierced in a sealing manner, - sealingly applying a movable one Sealing attachment at the tip of a piercing device to the pierceable area, - applying a pressure in the piercing device that is equal to or greater than the pressure in the container, - piercing the pierceable area with a cutting device in the form of a piercing pushing mandrel or a hollow needle, - introducing a second removal line into the container or container, in particular through the piercing mandrel
  • non-alcoholic drinks such as milk, milk products, fruit juices or soft drinks, as well as alcoholic drinks, for example spirits, wines, mixed drinks or beers
  • alcoholic drinks for example spirits, wines, mixed drinks or beers
  • these ingredients which can preferably also be determined almost simultaneously, include, for example, carbohydrates or saccharides, creatinine, carbonic acid, carbon dioxide, ethanol, methanol and proteins.
  • the device according to the invention can thus be used to determine, for example, both the CO 2 and alcohol content and the concentration of extract and original wort in beer using the flow measuring cell.
  • the IR light sources which emit discrete wavelengths, can be operated continuously, pulsed or according to a multiplex scheme for an examination.
  • the wavelength-specific intensities of the detected measurement Beam stored and read with a reference spectrum also stored for the purpose of comparisons and analyzed by means of individual value decomposition or neural networks.
  • the present invention was based on the surprising finding that, for the first time, beverage containers can be removed manually or automatically from a fully automatic filling process, for example, in a simple and reliable manner, and their characteristic ingredients can be examined promptly qualitatively and quantitatively.
  • the measurement methods carried out with the devices according to the invention are distinguished by extreme accuracy, sensitivity and reliability. It has also proven to be particularly advantageous that such beverage liquids can also be easily analyzed under the same high standards in which gases, e.g. Carbon dioxide, are dissolved.
  • gases e.g. Carbon dioxide
  • beverage containers from a filling line at random or at regular or predetermined intervals Take beverage containers from a filling line at random or at regular or predetermined intervals and feed them to an analysis station at which the piercing device can be placed on this container and inserted.
  • the determined analysis data can then be immediately transferred to e.g. are made available on a computer screen and in this way make it possible to identify defective product batches within narrow limits and to keep the product scrap low.
  • beverage containers which do not meet the required quality standards can also be branched off from the filling line at an early stage before they are optionally present in a transport container together with proper containers.
  • FIG. 1 shows a measuring device according to the invention in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a flow measuring cell
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment of a device according to the invention.
  • the measuring device 1 according to the invention of the embodiment shown in FIG. 1 comprises a piercing device 2, a flow measuring cell 4, integrated in an infrared spectrometer 6, a device 12 for maintaining the pressure in the measuring device, comprising the needle valve 14 and the shut-off valve 16, and a flow meter 18
  • the evaluation unit which is in operative connection with the infrared spectrometer 6 and the data memory which is also in active connection with these components are not shown in FIG.
  • the piercing device 2 has a sealing attachment 20 which can be placed sealingly on a bottle cap.
  • the piercing device or the sealing attachment 20 can be pressed in a sealing manner with a suitable tool onto the surface of the bottle stopper.
  • a piercing dome 22 located in the interior of the sealing attachment 20 is sealingly and movably attached in this attachment and can produce an opening in this closure with its cutting edge placed on the surface of the closure lid.
  • a removal line 24 is sealingly and movably attached, which can be inserted through the interior of the piercing dome into the bottle 88 closed with a crown cap and into the bottom area thereof.
  • the actual carbon dioxide content can be determined by subjecting the removal device to an inert gas pressure, for example a nitrogen or argon pressure, which is greater before the piercing dome is pierced through the closure cap than the internal pressure in the bottle 88.
  • the inert gas is then pressed into the bottle 88, for example, via the space between the inner wall of the piercing dome and the outer wall of the extraction line.
  • the extraction line 24 is sealed by an upper sealing ring 26 in the piercing device 2.
  • the shut-off valve 16 can be opened in order to start the flow through the flow cell 4 with sample liquid.
  • the needle valve 14 With the help of the needle valve 14 it is prevented that the pressure drops too much after opening the shut-off valve.
  • the needle valve also ensures that the pressure conditions in the bottle 88 do not change suddenly.
  • the amount of liquid flowing out of the bottle 88 can easily be determined via the flow meter 18.
  • a portioned sampling of sample liquid is achieved by closing and opening the shut-off valve, which can be controlled, for example, electromagnetically or pneumatically. 2 shows a schematic representation of a flow measuring cell 4 and part of the infrared spectrometer.
  • the ATR crystal 28 has a trapezoidal cross section and is arranged essentially vertically. 2 thus shows the ATR crystal and the flow measuring cell 4 from above.
  • the flow measuring cell is formed on the one hand by a first longitudinal wall 30, comprising the ATR crystal 28, and an opposite, second longitudinal wall 32 and narrower side walls.
  • the second longitudinal wall 32 can, for example, be made completely or partially transparent, for example from plexiglass.
  • the infrared measuring beam is directed via a first mirror optic 34, comprising a first and second deflecting mirror 38 and 40, onto the entrance surface of the ATR crystal and via a second mirror optic 42, comprising the third and fourth deflecting mirror 44 and 46, to a detector (not shown).
  • FIG. 3 shows a flow measuring cell 4, comprising a first longitudinal wall 30, comprising the ATR crystal 28, a second longitudinal wall 32 with a viewing window 48 made of, for example, plexiglass, and four narrow sides 50, 52, 54 and 56, which face each other in pairs, and which define the interior form the flow cell.
  • the ATR crystal 28 preferably covers only a part of the first long side 30, in particular in a central arrangement, so that the inlet 58 into the flow cell and the outlet 60 from the flow cell can be positioned such that they are in the region of the or lie next to the edges of the ATR crystal 28.
  • the ATR crystal 28 is oriented essentially vertically with its flat surface facing the measuring liquid.
  • the inlet 58 is preferably in the region of or below the line on which the lower edge of the ATR crystal lies.
  • the outlet 60 is preferably arranged in the region of or above the line on which the upper edge of the ATR crystal lies.
  • the inlet and outlet of a square or rectangular measuring surface of the ATR crystal can be arranged diametrically spaced from one another.
  • the vertical arrangement of the measuring surface of the ATR crystal and the described arrangement of inlet and outlet of the flow measuring cell 4 according to FIG. 3 enable the ATR crystal to be kept free of particulate deposits even in continuous operation. In addition, the measurement is not disturbed by gas bubbles or foam formation in the measuring liquid.
  • a flow measuring cell 4 is particularly preferred, the base body, ie the elements that form the interior to be flowed through, is formed in one piece.
  • the base body is particularly preferably transparent, at least in sections, in order to be able to follow directly during the flow measurement whether the flow is still laminar or already has turbulence, which should be avoided in order to obtain reliable measured values.
  • the entire base body particularly preferably consists of a one-piece transparent or translucent material, for example a polycarbonate or polymethyl methacrylate material.
  • the base body can be obtained, for example, in such a way that the interior volume of the measuring cell is worked out, for example milled, from the base body blank from an outer wall.
  • the entry and exit opening can be easily drilled, for example, into the area of the base body that has not been milled out.
  • the interior recess created in the base body is then sealed with an ATR crystal.
  • the base body with ATR crystal can be placed in a casing, for example made of metal. With this construction, the ATR crystal can also be permanently pressed against the base body.
  • FIG. 4 shows a device according to FIG. 1 expanded by several components.
  • the illustrated embodiment also has a first sampling device 62 with a first sampling line 64.
  • the sampling device comprises a holder 66 for vessels a measuring liquid and a movable and controllable holding arm 68 for positioning the sampling line over a vessel and for introducing it into the vessel.
  • a branch line 70 is also indicated in FIG. 4, with which process liquid can be branched off from a production process and fed to the measuring cell 4. All extraction and branch lines can be brought together, for example, in a changeover valve 72, so that only one measuring cell can be used for different measurements.
  • a conveyor unit 74 for example in the form of a suction pump, can be used for the transfer of liquid from the open containers of the first sampling device or from the production process, which is preferably arranged downstream of the measuring cell 4.
  • the measuring liquid can of course also be conveyed through the measuring cell under the force of gravity and, if necessary, be transferred back into the production process or a (collecting) container via a return line 76.
  • the measuring device additionally has an O 2 sensor 78, a sound Z density sensor 80, a conductivity sensor 82, a pH sensor 84 and a turbidity sensor 86.
  • the sound / density sensor is preferably used when the liquid is at rest.
  • oxygen, color, pH and conductivity are usually determined in the liquid flow.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur qualitativen und/oder quantitativen Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Prozessflüssigkeiten und/oder in alkoholischen und nicht alkoholischen Getränken, die in offenen Behältnissen oder in verschliessbaren bzw. verschlossenen Behältnissen oder Gebinden vorliegen, auf denen ein Druck einwirkt, der grösser, gleich oder geringer als der Atmosphärendruck ist, wobei das Behältnis oder Gebinde mindestens einen Behältniswandungs-, Deckeloder Bodenbereich und/oder einen Verschluss aufweist, der durchstechbar ist, mit Hilfe einer in einem Infrarotspektrometer integrierten Durchflussmesszelle, enthaltend einen ATR-Kristall. Mit dieser Messvorrichtung sind auch Flüssigkeiten, die in Behältnissen vorliegen, die einen erhöhten Innendruck aufweisen, unter den tatsächlichen Gegebenheiten analysierbar. Ferner betrifft die Erfindung eine Durchflussmesszelle.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Getränke- und Prozessflüssigkeiten
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Prozessflüssigkeiten und Getränken. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, wie Bier, Wein, Spirituosen, Mischgetränken, Fruchtsäften, Softdrinks, Milch und Milchprodukten, sowie eine Durchflussmesszelle.
Nicht alkoholische wie auch alkoholische Getränke werden heutzutage regelmäßig in großtechnischen Anlagen hergestellt und zumeist vollautomatisch in Dosen oder Flaschen abgefüllt, verschlossen und versandfertig gemacht. Bei industriellen Bierabfullanlagen können beispielsweise stündlich etwa 80.000 Flaschen abgefüllt werden. Um eine gleichbleibende Qualität versandfertiger Produktchargen zu gewährleisten, sind in regelmäßigen Abständen stichprobenartig versandfertige Dosen oder Flaschen zu entnehmen und auf ihre charakteristischen Inhaltsstoffe hin zu untersuchen.
Gemäß der DE 197 48 849 AI können Inhaltsstoffe in wässerigen Systemen in Produktionsanlagen mittels online-Messung IR-spektroskopisch bestimmt werden, wenn der zu vermessende Analyt vor der Messung einer chemischen Reaktion unterworfen wird, welche die übrigen Bestandteile der flüssigen Probe unbeeinflusst lässt. Ferner ist hierfür erforderlich, dass die durch die chemische Reaktion mit dem Analyten hervorgerufene Änderung der Infrarotabsorption zu der zu ermittelnden Konzentration des Analyten in Korrelation steht. Beispielsweise kann eine solche chemische Reaktion in der Umsetzung mit einer Säure oder einer Base bestehen. Die in der DE 197 48 849 AI offenbarte Vorgehensweise ist allerdings zwangsläufig auf solche Analyte beschränkt, die sich gezielt einer chemischen Reaktion unterwerfen lassen und dabei zudem infrarotspektroskopisch vermessbar bleiben. Außerdem ist dieses Verfahren zeitaufwendig und insbesondere bei der Untersuchung von in Gebinden abgefüllten Getränken nicht praktikabel, da aufgrund der erforderlichen Probenaufbereitung das gewünschte Analysenergebnis häufig nicht zeitnah geliefert werden kann.
In der DE 195 28 950 AI wird eine Vorrichtung zur Analyse von insbesondere alkoholischen Getränken, die in Gebinden wie Flaschen oder Dosen ausgeliefert werden, offenbart. Produktspezifische Qualitätsparameter werden hierbei mit Hilfe von Dichte-, Schall-, Sauerstoff-, Kohlendioxid- und Farbsensoren ermittelt. Über diese Sensoren sollen sich Alkohol-, Zucker-, Kohlendioxid- und Sauerstoffgehalte sowie die pH- Werte der zu untersuchenden Getränkeflüssigkeiten bestimmen lassen. Beispielsweise dient der Dichte-/Schallsensor dazu, die Stammwürze- sowie Extraktbestimmung in Bieren vorzunehmen. Nachteilig bei der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der DE 195 28 950 AI ist, dass zur Erzielung verlässlicher Messwerte stets auch ein Temperaturaggregat vorzusehen ist, um die zu analysierende Flüssigkeit auf eine Temperatur einzustellen, die der der Sensoren entspricht. Außerdem sind eine Vielzahl an in Serie geschalteten Sensoren erforderlich, um eine hinreichende Anzahl an produktspezifischen Qualitätsparametern abf agen zu können.
Gemäß der GB 2 204 952 A lassen sich spezifische Inhaltsstoffe von Getränkeflüssigkeiten auch mit Hilfe der Gaschromatographie bestimmen. Allerdings sind mit dieser Analysemethode jeweils nur sehr geringe Probenvolumina zugänglich, weshalb, um sich ein repräsentatives Bild verschaffen zu können, eine Vielzahl an Einzelmessungen erforderlich sind. Zudem ist häufig die erforderliche Chromatographiesäule auf das jeweilige Analysenproblem bzw. den zu vermessenden Analyten abzustimmen. Aus diesem Grunde begegnet die gleichzeitige Vermessung polarer und unpolarer Substanzen regelmäßig größeren Schwierigkeiten oder ist nicht möglich. Schließlich sind aufgrund des geringen Durchmessers der üblicherweise verwendeten Chromatographiesäulen nur solche Flüssigkeiten verwendbar, die vollständig frei von Partikeln und Schwebstoffen sind. Alkoholische Getränke wie Bier oder Wein sind demgemäß vor einer Messung zu filtern und von jeglichen Feststoffbestandteilen zu trennen. Außerdem wird die Messanalytik eines Gaschromatographen auch erheblich durch Gasblasen in der zu untersuchenden Flüssigkeit, wie sie häufig in kohlensäurehaltigen Getränken zu finden sind, gestört. Es wäre daher wünschenswert, auf eine Vorrichtung zur Analyse von nicht alkoholischen wie alkoholischen Getränkeflüssigkeiten zurückgreifen zu können, die nicht mit den Nachteilen des Stands der Technik behaftet ist. Demgemäß lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung verfügbar zu machen, mit der sich Inhaltsstoffe von Getränkeflüssigkeiten einfach und zuverlässig quantitativ sowie qualitativ bestimmen lassen, ohne dass das Messergebnis durch die Anwesenheit von z.B. Schwebstoffen oder Gasblasen in der Flüssigkeit gestört wird. Ferner lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für eine zeitnahe Stichprobenanalytik bei der Getränkeherstellung zugänglich zu machen, die eine schnelle und zuverlässige qualitative und quantitative Analyse von Inhaltsstoffen von Getränken ermöglicht, die sich in einem unter Druck befindlichen, verschlossenen Behältnis befinden.
Demgemäß wurde eine Vorrichtung zur qualitativen und/oder quantitativen Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Prozessflüssigkeiten und/oder in alkoholischen und nicht alkoholischen Getränken, die in offenen Behältnissen oder in verschließbaren bzw. verschlossenen Behältnissen oder Gebinden vorliegen, auf denen ein Druck einwirkt, der größer, gleich oder geringer als der Atmosphärendruck ist, wobei das Behältnis oder Gebinde mindestens einen Behaltmswandungs-, Deckel- oder Bodenbereich und/oder einen Verschluss aufweist, der durchstechbar ist, gefunden, umfassend a) mindestens eine erste Probenentnahmevorrichtung zur batchweisen oder kontinuierlichen Entnahme von Flüssigkeit, insbesondere von Prozessoder Getränkeflüssigkeit aus einem offenen Behältnis, umfassend mindestens eine erste Entnahmeleitung; und/oder mindestens eine Probenabzweigungsvorrichtung zur batchweisen oder kontinuierlichen Abzweigung von Flüssigkeit, insbesondere Prozess- oder Getränkeflüssigkeit aus einem Produktionsprozess, umfassend mindestens eine Abzweigungsleitung aus dem Produktionsprozess; und/oder mindestens eine zweite Probenentnahmevorrichtung zur batchweisen oder kontinuierlichen Entnahme von Flüssigkeit, insbesondere von Getränkeflüssigkeit, aus einem verschließbaren bzw. verschlossenen Behältnis oder Gebinde, umfassend mindestens eine Anstechvorrichtung, enthaltend mindestens einen Durchstoßdorn mit einem bewegbaren Dichtungsauf- satz oder einen Keg- Verschluss, zur Erzeugung einer abgedichteten Öffnung in dem Behältnis oder Gebinde, insbesondere in dessem Verschluss, über die die Flüssigkeit in dem Behältnis mit Druck beaufschlagbar ist, und mindestens eine zweite Entnahmeleitung, zumindest bereichsweise angeordnet innerhalb des Durchstoßdorns oder beabstandet von dem Durchstoßdorn, die vorzugsweise bis zum Bodenbereich des Behältnisses einschiebbar ist, b) mindestens eine Durchflussmesszelle mit einem Eingang, der mit der ersten und/oder zweiten Entnahmeleitung und/oder Abzweigungsleitung von Getränke- oder Prozessflüssigkeit, und einem Ausgang, der mit einer Abflussleitung verbunden ist, umfassend mindestens einen ATR- Kristall mit einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche für Infrarot- messstrahlung und einem Messweg auf der der zu analysierenden Flüssigkeit, insbesondere der der Getränke- oder Prozessflüssigkeit, zugewandten Seite des ATR-Kristalls, auf dem der Messstrahl mindestens einmal, insbesondere mindestens sechsmal, abgeschwächt totalreflek- tierbar ist, c) ein Infrarotspektrometer, umfassend mindestens eine Infrarot- Lichtquelle, insbesondere eine MIR-Lichtquelle, eine erste Spiegeloptik oder eine erste Lichtleiteroptik zur Fokussierung des von der Infrarot- Lichtquelle ausgesandten Infrarotmessstrahls auf die Eintrittsfläche des ATR-Körpers, eine zweite Spiegeloptik oder eine zweite Lichtleiteroptik zur Fokussierung des aus der Austrittsfläche des ATR-Körpers austretenden Infrarotmessstrahls auf einen Detektor, und mindestens einen Detektor und, in Wirkverbindung mit dem Detektor, d) mindestens eine computergestützte Auswerteeinheit und e) mindestens einen mit der Auswerteeinheit verbundenen Datenspeicher.
Die ersten und zweiten Probenentnahmevorrichtungen können manuell oder automatisch betrieben werden. Beispielsweise kann eine Entnahmeleitung automatisch in ein Behältnis mit einer zu analysierenden Getränkeflüssigkeit eingeführt und nach der Probenentnahme wieder entnommen werden, um, vorzugsweise nach einem Spülvorgang, in ein weiteres Getränkebehältnis eingeführt zu werden. Die Fördereinheit zur Entnhame von Getränkeflüssigkeit kann z.B. eine Ansaugpumpe darstellen, die mit der Entnahmeleitung in Verbindung steht. Gemäß einer weiteren Ausruhrungsform kann die Probenentnahmevorrichtung ebenfalls mit einem automatischen Probengeber ausgestattet sein, der die Getränkebehältnisse an eine Entnahmestation heranführt und nach der Analyse wieder in die ursprüngliche Position rückbefordert oder aber zu einer anderen Abstellposition weiterbefördert.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, enthaltend die zweite Probenentnahmevorrichtung, lassen sich z.B. Getränkeflüssigkeiten analysieren, die bereits in verkaufsfertigen Verpackungen, Dosen oder Flaschen vorliegen und in denen ein Eigendruck herrscht, der über dem Atmosphärendruck liegt. Hierbei handelt es sich regelmäßig um kohlensäurehaltige Getränke wie alkoholfreie Erfrischungsgetränke oder Sekt, Schaumwein oder Bier. Allerdings sind ebenfalls Gebinde geeignet, in denen ein Unterdruck herrscht. Die Anstechvorrichtung erlaubt die Zuführung von Getränken aus diesen verschlossenen Flaschen und Dosen sowie anderen Behältnissen zu einer Durchflussmesszelle unter den darin herrschenden Bedingungen. Geeignete Anstechvorrichtungen können z.B. derart ausgelegt sein, dass sie selbst bei Behältni- sinnendrücken von 10 Atmosphären und mehr einen reibungslosen und gleichmäßigen Transfer an Getränkeflüssigkeit zu der Durchflussmesszelle bewerkstelligen. Das Anstechen wird durch Aufsetzen des bewegbaren Dichtungsaufsatzes auf eine vorzugsweise glatte Oberfläche des Getränkebehältnisses eingeleitet. Hierauf wird die Anstechvorrichtung unter dem im Behälterninneren herrschenden Druck gesetzt, und die Behältniswand wird mit dem Durchstoßdorn durchstochen, so dass eine Verbindung zum Inneren des Behältnisses vorliegt. Auf diese Weise werden in der Getränkeflüssigkeit gelöste Gase, z.B. Kohlendioxid, vollständig in Lösung gehalten. Eine Entnahmeleitung kann sodann z.B. durch den Durchstoßdorn unter Ausbildung einer abgedichteten Doppelhohlkanüle in den Behälter eingeführt werden. Indem der Durchflussmesszelle nachgeschaltet eine Vorrichtung zur Aufrechterhaltung des Druckes vorgesehen ist, kann durch Zusammenwirken mit der Vorrichtung zur Beaufschlagung des Innenraums des Behältnisses mit einem Druck auch während der Messung in der Analysevorrichtung, insbesondere in der Durchflussmesszelle, ein Druck aufrechterhalten werden, der ein Entweichen gelöster Gase verhindert. Dieses gelingt z.B. durch Verwendung eines Absperrventils und eines Nadelventils. Der Durchfluss kann auf diese Weise in weiten Grenzen, z.B. in Abhängigkeit von den für die Messung vorgesehenen Messzeiten und/oder dem verfügbaren Messvolumen, eingestellt werden und kann beispielsweise bei einigen Millilitern pro Se- künde oder bei einigen Millilitern pro Minute liegen, kann aber auch Flüssigkeitsstillstand bedeuten. In der Messvorrichtung, insbesondere der Durchflussmesszelle, wird z.B. bei der Analyse kohlensäurehaltiger Gertränke üblicherweise ein Druck von 2 bis 5 Atmosphären aufrechterhalten. Unter diesen Bedingungen bleibt die in den Getränken gelöste Kohlensäure in Lösung und kann quantitativ vermessen werden. Das Absperrventil gestattet es, die Flüssigkeit unter dem Arbeitsdruck anzuhalten, ohne das Nadelventil verstellen zu müssen, wodurch sichergestellt ist, dass unterschiedliche Getränkeflüssigkeitschargen nacheinander bei demselben Druck vermessen werden können. Soll unter normalen Druckbedingungen gearbeitet werden, wird die Vorrichtung zur Aufrechterhaltung des Druckes, insbesondere das Nadelventil, entsprechend geöffnet.
Demgemäß ist vorzugsweise ebenfalls eine Vorrichtung zur Beaufschlagung des Innenraums des verschließbaren bzw. verschlossenen Behältnisses oder Gebindes mit einem Druck vorgesehen, insbesondere über die Anstechvorrichtung, und/oder mindestens eine Fördereinheit, insbesondere in Form einer Ansaugpumpe, die in Wirkverbindung mit der ersten und/oder zweiten Entnahmeleitung und/oder der Abzweigungsleitung steht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der ATR-Kristall für IR-Strahlung im wesentlichen transparent ist und zumindest bereichsweise ein druckfestes und, insbesondere auf der der zu analysierenden Flüssigkeit zugewandten Fläche, eine gegenüber der zu analysierenden Flüssigkeit beständiges, insbesondere wasserunlösliches, Material umfasst oder aus einem solchen besteht.
Ein geeigneter ATR-Körper verfugt über mindestens zwei ebene, im wesentlichen parallele Begrenzungsflächen und weist einen Brechungsindex auf, der größer als der eines an mindestens einer Begrenzungsfläche angrenzenden, zu untersuchenden Mediums, insbesondere größer oder gleich 1,5 ist. Die ebene Begrenzungsfläche des ATR-Körpers verfugt demnach vorteilhafterweise über eine durchgehende, einheitliche Messstrecke bzw. einen Messweg entlang der bzw. entlang dem ein Messstrahl beispielsweise mindestens sechsmal abgeschwächt totalreflektierbar ist. Besonders bevorzugt ist, wenn der ATR-Kristall Zinksulfid, Zinkselenid oder Germanium umfasst. Darüber hinaus können als ATR-Körper-Materialien auch Saphir, Kadmiumtellurid, Thalliumbromid-Iodid, Silicium, Magnesiumdifluorid, Cäsiumiodid, Silberchlorid, Kalcium- difluorid, Kaliumbromid und Natriumchlorid eingesetzt werden. Diese ATR-Körper können in einer Ausführungsform mit einer Beschichtung versehen sein mit einer Stärke, die geringer ist als die vorzugsweise halbe Wellenlänge der verwendeten Infrarot-Messstrahlung, insbesondere mit einer Stärke von etwa 2 nm bis etwa 25 μm. Geeignete Schichten sind z.B. solche aus Diamant oder Polyethylen.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass der ATR-Kristall eine Konsistenz und/oder eine Dicke aufweist, die ausreicht, einem positiven oder negativen Betriebsdruck von mindestens 3 Atmosphären, insbesondere mindestens 5 Atmosphären, zu widerstehen.
Eine Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die der zu analysierenden Getränkeflüssigkeit ausgesetzte Fläche des ATR-Kristalls zumindest bereichsweise im wesentlichen eben ausgebildet ist, wobei zumindest dieser ebene Bereich den Messweg umfasst und im wesentlichen nicht horizontal, insbesondere gegenüber der Horizontalen geneigt oder vertikal, ausgerichtet ist.
Unter einer im wesentlichen vertikalen Ausrichtung der Messfläche der ATR-Kristalls soll im Sinne der vorliegenden Erfindung auch noch eine solche verstanden werden, die geringfügig aus der vertikalen Lage ausgelenkt ist, z.B. um etwa 10°. Eine geneigte Fläche weist vorzugsweise gegenüber der Vertikalen eine Neigung von etwa 45° auf. Der ATR-Kristall weist regelmäßig einen trapezförmigen Längsquerschnitt auf, wobei die größere Fläche der sich gegenüberliegenden parallelen Kristallflächen dem zu untersuchenden Medium zugewandt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Durchflussmesszelle mindestens zwei größerflächige Längswandungen und kleinerflächige Seitenwandungen umfasst, wobei der Abstand sich gegenüberliegender Längswandungen im Durchschnitt etwa 0,1 mm bis mindestens 5 mm, insbesondere mindestens 1 mm, beträgt und wobei in mindestens einer dieser Längswandungen der ATR-Kristall dichtend integriert ist. Selbstverständlich können die Längswandungen auch zumindest bereichsweise aufeinander zu gewölbt sein und auf diese Weise direkt aneinander anliegen und eine geschlossenen Messzelle bilden. Außerdem kann der Innenraum der Messzelle zylinderförmig oder mit einem polygonalen oder unregelmäßigen Querschnitt ausgebildet sein.
Die Durchflussmesszelle verfügt regelmäßig über zwei sich gegenüberliegende Längswandungen und vier die Längswandungen verbindende Schmalseiten. Von Vorteil ist, wenn die Durchflussmesszelle druckfest ausgestaltet ist und z.B. Drücken von bis zu 100 Atmosphären standhalten kann. Als besonders zweckmäßig hat sich erwiesen, mindestens eine Wandung der Durchflussmesszelle transparent auszuführen, z.B. aus Plexiglas, um eine Sichtkontrolle bei der Messung zu ermöglichen. Der ATR-Kristall kann beispielsweise über Dichtungen aus einem lebensmittelechten, druckfesten und temperaturfesten Material, z.B. dem Kunststoff Viton, oder anderen dem Fachmann bekannten Polymerwerkstoffen mit der Messzelle dichtend verbunden werden. Vorteilhafterweise liegen sämtliche Auflageflächen des ATR- Kristalls, die mit dem Dichtungsmaterial in Kontakt kommen, außerhalb der optischen Messstrecke bzw. des Messweges. Die Dimensionen des Innenraums der Durchflusszelle und die Fließgeschwindigkeit in der Zelle sind zweckmäßigerweise derart aufeinander abzustimmen, dass zumindest im Bereich der optischen Messstrecke keine turbulenten Strömungen auftreten.
Demgemäß zeichnet sich eine erfindungsgemäße Ausführungsform dadurch aus, dass die Wandungen der Durchflussmesszelle, insbesondere der Grundkörper der Durchflussmesszelle, aus einem transparenten Glas- oder Kunststoffmaterial bestehen, insbesondere auf der Basis von, vorzugsweise schlagzähmodifiziertem, Polycarbonat, Polystyrol oder Polymethyl- methacrylat.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Eingangsöffnung für die Zuleitung zu der Durchflussmesszelle unterhalb der Längsachse und/oder der Linie, auf der der Messweg liegt, angeordnet ist und dass die Ausgangsöfhung für die Ableitung aus der Durchflussmesszelle oberhalb der Längsachse und/oder der Linie, auf der der Messstrecke liegt, angeordnet ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, einen laminaren Fluss über der Oberfläche des ATR-Kristalls aufrechtzuerhalten und Turbulenzen vollständig oder weitgehend zu unterbinden, was erst eine ungestörte, insbesondere kontinuierliche Messung möglich macht. Auch kann auf diese Weise vermieden werden, dass die Messung durch in der Getränkeflüssigkeit vorliegende Gasblasen oder Schaum gestört wird.
Zweckmässigerweise geht man dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform derart vor, dass die Eingangs- und die Ausgangsöffhung der Durchflussmesszelle jeweils im Bereich einander gegenüberliegender Kanten, insbesondere Seitenkanten, des ATR-Kristalls oder jeweils beabstandet neben diesen gegenüberliegenden Kanten angeordnet sind.
Von Vorteil ist hierbei weiterhin, wenn die Eingangsöffnung der Durchflussmesszelle unterhalb der Linie, auf der die Unterkante des ATR-Kristalls liegt, angeordnet ist und dass die Ausgangsöffhung der Durchflussmesszelle oberhalb der Linie, auf der die Oberkante des ATR-Kristalls liegt, angeordnet ist.
Besonders bevorzugt wird demgemäß auf eine Durchflussmesszelle zurückgegriffen, umfassend sich gegenüberliegende erste und zweite Wandungsflächen, wobei in die erste Wandungsfläche ein für Infrarotstrahlung, insbesondere MIR-Strahlung, transparenter ATR- Kristall dichtend integriert ist, der mindestens zwei ebene, im wesentlichen parallele Begrenzungsflächen umfasst, von denen eine dem Innenraum der Durchflussmesszelle zugewandt und vertikal ausrichtbar ist sowie einen Messweg verfügbar macht, auf dem ein Infrarotmessstrahl insgesamt mindestens zweimal, insbesondere sechsmal abgeschwächt totalreflektierbar ist, mindestens eine Eingangsöffnung für die Zuleitung zu der Duchflusszelle, die unterhalb der Längsachse und/oder der Linie, auf der der Messweg liegt, angeordnet ist, mindestens eine Ausgangsöffnung für die Ableitung aus der Durchflussmesszelle, die oberhalb der Längsachse und/oder der Linie, auf der der Messweg liegt, angeordnet ist, und wobei die Eingangs- und die Ausgangsöffhungen jeweils an den oder beabstandet von den sich gegenüberliegenden Enden des Messweges angeordnet sind. Demgemäß wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ferner gelöst durch eine Durchflussmesszelle, umfassend sich gegenüberliegende erste und zweite Wandungsflächen, wobei in die erste Wandungsfläche ein für Infrarotstrahlung, insbesondere MIR-Strahlung, transparenter ATR-Kristall dichtend integriert ist, der mindestens zwei ebene, im wesentlichen parallele Begrenzungsflächen umfasst, von denen eine dem Innenraum der Durchflussmesszelle zugewandt und nicht horizontal, insbesondere vertikal, ausrichtbar ist sowie einen Messweg verfügbar macht, auf dem ein Infrarotmessstrahl mindestens einmal, insbesondere sechsmal abgeschwächt totalreflektierbar ist, mindestens eine Eingangsöffnung für die Zuleitung zu der Duchflusszelle, die unterhalb der Längsachse und/oder der Linie, auf der der Messweg liegt, angeordnet ist, mindestens eine Ausgangsöffhung für die Ableitung aus der Durchflussmesszelle, die oberhalb der Längsachse und/oder der Linie, auf der der Messweg liegt, angeordnet ist, und wobei die Eingangs- und die Ausgangsöff ungen jeweils an den oder beabstandet von den sich gegenüberliegenden Enden des Messweges angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der ATR-Kristall eine Breite von mindestens 0,2 cm, insbesondere von mindestens 1 cm, eine Länge von mindestens 2 cm, insbesondere mindestens 5 cm, und eine Dicke von mindestens 2 mm, insbesondere mindestens 5 mm, aufweist. Grundsätzlich können die Abmessungen geeigneter ATR-Kristalle in weiten Bereichen variieren. Hierbei richtet sich die Dicke des Kristalls regelmäßig nach den Erfordernissen der Druckfestigkeit. Bei einem Betriebsdruck von z.B. 5 Atmosphären kann z.B. ein Kristall mit einer Dicke von 5 mm zum Einsatz kommen.
Umfasst die Durchflussmesszelle zwei großflächige, einander gegenüberstehende Längswandungen der -flächen, reicht bereits ein durchschnittlicher Abstand von etwa 1 mm aus, um eine laminare Strömung gewährleisten zu können.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die IR- Lichtquelle eine ein kontinuierliches oder ein Meerwellenlängen-Spektrum ausstrahlende Lichtquelle darstellt. Derartige Lichtquellen sind dem Fachmann z.B. als Nernst-Stifte sowie als sogenannte Globare bekannt. Bevorzugt wird auf IR-Lichtquelle zurückgegriffen, die im mittleren Infrarot-Bereich elektromagnetische Strahlung emittieren, also im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 25 μm, insbesondere von 2,5 μm bis etwa 12 μm.
Gemäß einer Variante wird vorteilhafterweise ein der IR-Lichtquelle nachgeschaltetes Mittel vorgesehen, das einen konvergenten Messstrahl vor dem Auftreffen auf die Eintrittsfläche des ATR-Kristalls in einen, insbesondere schmalen, Parallelstrahl umwandelt. Beispielsweise kann der konvergente Strahl durch einen außeraxialen Paraboloidspiegel parallel gemacht und mit einer Blende als schmaler Parallelstrahl auf der Eintrittsfläche des ATR-Kristalls abgebildet werden. Der Strahl tritt dabei senkrecht in die Eintrittsfläche des Kristalls ein. Bei dieser Variante wird vorzugsweise eine aus einem außeraxialen Paraboloidspiegel und gegebenenfalls einem Planspiegel gebildete zweite Optik dazu benutzt, um den aus der Austrittsfläche des ATR-Kritalls austretenden Strahl wieder divergent in den Strahlengang des Spektrometers einzukoppeln und an dessen Optik anzupassen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die IR- bzw. MIR- Lichtquelle eine eine oder mehrere diskrete Wellenlänge(n) ausstrahlende Lichtquelle, insbesondere eine Infrarot-Leuchtdiode, einen Bleisalz-IR-Diodenlaser oder einen Quantenkaska- denlaser, darstellt. Quantenkaskadenlaser, die für die erfindungsgemäße Messvorrichtung geeignet sind, sind z.B. aus der EP 0676 893 AI sowie aus der US 5,509,025 bekannt.
Insbesondere bei Verwendung paralleler, schmaler Strahlenbündel hat sich die Möglichkeit eröffnet, die Breite des Messfensters des ATR-Kristalls oder des ATR-Kristalls als solchen entlang des Messweges auf weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 2,5 mm, zu beschränken.
Eine weitere alternative Ausführungsform sieht vor, dass in der Zuleitung zu der Durchflussmesszelle mindestens ein Grobpartikelfilter zwischengeschaltet ist. Dieses Grobpartikelfilter hilft, die Messzelle vor Beschädigung und Verschmutzung zu schützen. Eine wesentliche Funktion des Grobpartikelfilters besteht darin, beim Durchstoßen des Getränkegebindes abgesplitterte Bestandteile von der Messzelle fernzuhalten. Als geeignete Filter kommen dabei Filter mit Porengröße üblicherweise im Bereich von nur 1 μm bis etwa 0,1 mm in Frage. Die- se Filter bestehen vorzugsweise aus Edelstahl und sind z.B. über Edelstahlrohre, Teflonschläuche oder andere für Lebensmittel geeignete Schlauchmaterialien mit der Durchflussmesszelle verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Infrarotspektrometer ein Fourier-Transform-Infrarotspektrometer darstellt. Das im Detektor des Fourier- Transform-Infrarotspektrometers aufgezeichete Interferogramm, das eine Überlagerung aller im Spektrum auftretenden Wellenlängen aufzeichnet, wird in der Auswerteeinheit rechnergestützt durch Fourier-Transformationen in die Frequenzen der einzelnen Schwingungen zerlegt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich mehrere Inhaltsstoffe in wässrigen Systemen im wesentlichen zeitgleich mit hoher Empfindlichkeit, Schnelligkeit und Wellen- zahlpräzision bestimmen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Datenspeicher eine Datenbank mit charakteristischen Analysedaten zu untersuchender Getränkeinhaltsstoffe enthält.
Eine weitere Ausgestaltung der Messvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zuleitung zu und/oder die Ableitung von der Durchflussmesszelle jeweils mindestens einen Durchflussmesser aufweist. Der Durchflussmesser gestattet in Rückkopplung mit der Vorrichtung zur Beaufschlagung des Gertränkebehältnisses mit einem Druck, beispielsweise dem Absperrund dem Nadelventil, einen konstanten Fluss der zu analysierenden Flüssigkeit durch die Durchflussmesszelle.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können ferner ausgestattet sein mit mindestens einen O2-Sensor, insbesondere der Durchflussmesszelle vorgeschaltet, und/oder mindestens einen Leitfähigkeits-, pH-, Schall-/Dichte-, Färb-, und/oder Trübungssensor, insbesondere der Durchflusszelle nachgeschaltet. Des weiteren kann ebenfalls vorgesehen sein mindestens eine Thermostatiereinheit zur Ther- mostatierung der zu analysierenden Flüssigkeit und/oder mindestens eine Thermostatiereinheit zur Thermostatierung der Durchflusszelle oder des ATR-Kristalls.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des weiteren gelöst durch ein Verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Getränke- oder Prozessflüssigkeiten, mit insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer zu analysierenden Flüssigkeit in einem Behältnis und Einführen mindestens einer ersten Entnahmeleitung in die Flüssigkeit zur batchweisen oder kontinuierlichen Probenentnahme und/oder batchweises oder kontinuierliches Abzweigen einer Flüssigkeit aus einem Produktionsprozess über mindestens eine Abzweigungsleitung zwecks Probenentnahme, - Transfer der Flüssigkeit über eine Leitung zu einer Durchflusszelle, enthaltend einen ATR-Kristall, - Einleiten eines MIR-Messstrahls in den ATR-Kristall, so dass der Messstrahl mindestens einmal, insbesondere mindestens sechsmal, an der Kristallfläche, die in Kontakt mit der zu analysierenden Getränkeflüssigkeit steht, entlang eines Messweges abgeschwächt totalreflektiert wird, - Leiten des aus dem ATR-Kristall austretenden Messstrahls auf eine Detektoreinheit, - wellenlängenspezifische Registrierung der Intensität des Messstrahls, - Abgleich des detektierten Absorptions- bzw. Intensitätsspektrums mit in einem Datenspeicher hinterlegten Referenzspektren in einer Auswerteeinheit, die in Wirkverbindung mit dem Datenspeicher steht, und - Ermittlung der An- bzw. Abwesenheit von zu analysierenden Inhaltsstoffen in der Getränkeflüssigkeit sowie gegebenenfalls - Ermittlung der Konzentration detektierter Inhaltsstoffe durch Abgleich der detektierten wellenlängenspezifischen Daten mit in dem Datenspeicher hinterlegten Referenzstandards. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Flüssigkeit mit Hilfe einer, insbesondere der Durchflusszelle nachgeschalteten, Fördereinheit, insbesondere einer Ansaugpumpe, transferiert wird.
Ferner wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen Bestimmung von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Getränken, mit insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines verschließbaren und verschlossenen Behältnisses oder Gebindes, in dem eine Flüssigkeit vorliegt, auf die ein Druck einwirkt, der größer, gleich oder geringer ist als der Atmosphärendruck, wobei das Behältnis oder Gebinde zumindest einen Behaltmswandungs-, Deckel- und/oder Bodenbereich oder einen Verschluss aufweist, der dichtend durchstechbar ist, - dichtendes Anlegen eines bewegbaren Dichtungsaufsatzes an der Spitze einer An- stechvorrichtung an den durchstechbaren Bereich, - Aufbringen eines Drucks in die Anstechvorrichtung, der gleich oder größer ist als der in dem Behältnis vorliegende Druck, - Durchstechen des durchstechbaren Bereichs mit einer Schneidvorrichtung in Form eines Durchstoßdorns oder einer Hohlnadel, - Einführen einer zweiten Entnahmeleitung in das Behältnis oder Gebinde, insbesondere durch den Durchstoßdorn oder die Hohlnadel, insbesondere bis nahe an den Bodenbereich des Behältnisses oder Gebindes, - Durchleiten zumindest eines Teils der Flüssigkeit des Behältnisses durch die Entnahmeleitung zu einer mit dieser Leitung verbundenen Durchflussmesszelle unter Druckbeaufschlagung mit einem Gas, insbesondere einem Inertgas oder Luft, über eine mit der Anstechvorrichtung verbundene Druckvorrichtung und/oder eine der Durchflusszelle nachgeschaltete Fördereinheit, insbesondere Ansaugpumpe, - Aufrechterhalten des Drucks in der Durchflussmesszelle über mindestens eine Druckhaltevorrichtung, insbesondere ein Absperr- und/oder mindestens ein Druckhalteventil, z.B. Nadelventil, im Bereich der Abflussleitung der Durchflussmesszelle, - Einleiten eines IR-Messstrahls, insbesondere MIR-Messstrahls, in den ATR- Kristall, - Durchleiten des IR-Messstrahls entlang eines Messweges durch den ATR-Kristall, so dass an der der zu analysierenden Flüssigkeit zugewandten Fläche des ATR- Kristalls mindestens eine, insbesondere mindestens sechs, abgeschwächte Totalreflektionen stattfinden, - Leiten des aus dem ATR-Kristall austretenden IR-Messstrahls auf eine Detektoreinheit, - wellenlängenspezifische Registrierung der Intensität des/der IR-Messstrahls/en, - Abgleich der detektierten wellenlängenabhängigen Absorptions- bzw. Intensitätssignale mit in einem Datenspeicher hinterlegten Referenzdaten der zu analysierenden Flüssigkeitsinhaltsstoffe in einer Auswerteeinheit, die in Wirkverbindung mit dem Datenspeicher steht, sowie gegebenenfalls - Ermittlung der An- bzw. Abwesenheit von zu analysierenden Inhaltsstoffen in der Flüssigkeit sowie gegebenenfalls - Ermittlung der Konzentration detektierter Inhaltsstoffe durch Abgleich der detektierten wellenlängenspezifischen Daten mit in dem Datenspeicher hinterlegten Referenzstandards.
Mit den erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nicht alkoholische Getränke, wie z.B. Milch, Milchprodukte, Fruchtsäfte oder Softdrinks, sowie alkoholische Getränke, beispielsweise Spirituosen, Weine, Mischgetränke oder Biere, qualitativ und quantitativ auf ihre Inhaltsstoffe analysieren. Zu diesen Inhaltsstoffen, die vorzugsweise auch nahezu gleichzeitig nebeneinander bestimmt werden können, zählen z.B. Kohlenhydrate bzw. Saccharide, Kreati- nin, Kohlensäure, Kohlendioxid, Ethanol, Methanol und Proteine. Somit lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hilfe der Durchflussmesszelle beispielsweise sowohl der CO2- und Alkoholgehalt, als auch die Konzentration an Extrakt und Stammwürze in Bier bestimmen.
Die IR-Lichtquellen, die diskrete Wellenlängen emittieren, können für eine Untersuchung kontinuierlich, gepulst oder gemäß einem Multiplex-Schema betrieben werden. Hierbei werden jeweils vorzugsweise die wellenlängenspezifischen Intensitäten des detektierten Mess- Strahls gespeichert und mit einem ebenfalls hinterlegten Referenzspektrum zwecks Abgleiche eingelesen und mittels Einzelwertzerlegung oder neuronaler Netzwerke analysiert.
Der vorliegenden Erfindung lag die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass erstmalig auf einfache und zuverlässige Weise Getränkebehältnisse aus einem beispielsweise vollautomatischen Abfüllprozess manuell oder automatisch entnommen und zeitnah qualitativ und quantitativ auf ihre charakteristische Inhaltsstoffe untersucht werden können. Die mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen durchführten Messverfahren zeichnen sich durch eine extreme Genauigkeit, Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit aus. Als besonders vorteilhaft hat sich ebenfalls erwiesen, dass sich auch solche Getränkeflüssigkeiten ohne weiteres unter den gleichen hohen Standards analysieren lassen, in denen Gase, wie z.B. Kohlendioxid, gelöst sind. Ferner ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung in einen teil- oder vollautomatischen Analyseroboter bzw. -automaten zu integrieren. Dieser Roboter kann z.B. zufallsgesteuert oder in regelmäßigen oder vorgegebenen Abständen Getränkegebinde aus einer Abfüllstraße entnehmen und einer Analysestation zuführen, an der die Anstechvorrichtung an dieses Behältnis angelegt und eingestochen werden kann. Die ermittelten Analysedaten können sodann unverzüglich auf z.B. einem Computerbildschirm zur Verfügung gestellt werden und ermöglichen auf diese Weise, fehlerhafte Produktchargen in engen Grenzen zu identifizieren und den Produktausschuss gering zu halten. Auch können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung Getränkebehältnisse, die nicht den geforderten Qualitätsstandards entsprechen, aus der Abfüllstraße frühzeitig abgezweigt werden, bevor sie gegebenenfalls zusammen mit ordnungsgemäßen Behältnissen in einem Transportcontainer vorliegen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Abbildungen im Detail beschrieben, ohne dass die Erfindung auf diese besonderen Ausgestaltungen beschränkt sein soll. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Durchflussmesszelle;
Fig. 3 eine Durchflussmesszelle in Frontalansicht; und
Fig. 4 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 der in Fig. 1 abgebildeten Ausführungsform umfasst eine Anstechvorrichtung 2, eine Durchflussmesszelle 4, integriert in ein Infrarotspektrometer 6, eine Vorrichtung 12 zur Aufrechterhaltung des Druckes in der Messvorrichtung, umfassend das Nadelventil 14 und das Absperrventil 16, sowie einen Durchflussmesser 18. Die in Wirkverbindung mit dem Infrarotspektrometer 6 stehende Auswerteeinheit und der ebenfalls mit diesen Komponenten in Wirkverbindung stehende Datenspeicher sind in Fig. 1 nicht abgebildet. Die Anstechvorrichtung 2 verfügt über einen Dichtungsaufsatz 20, der dichtend auf einen Flaschenverschluss aufsetzbar ist. Beispielsweise kann die Anstechvorrichtung bzw. der Dichtungsaufsatz 20 mit einem geeigneten Werkzeug an die Oberfläche des Flaschenverschlusses dichtend angepresst werden. Ein im Inneren des Dichtungsaufsatzes 20 befindlicher Durchstoßdom 22 ist in diesem Aufsatz dichtend und bewegbar angebracht und kann mit seiner auf die Verschlussdeckeloberfläche aufgesetzten Schneidkante eine Öffnung in diesem Verschluss erzeugen. Innerhalb des Durchstoßdoms 22 ist wiederum eine Entnahmeleitung 24 dichtend und bewegbar angebracht, die durch das Innere des Durchstoßdoms hindurch in die mit einem Kronkorken verschlossene Flasche 88 bis in deren Bodenbereich eingeführt werden kann. Handelt es sich beispielsweise bei dem Flascheninhalt um ein kohlensäurehaltiges Getränk, kann der tatsächliche Kohlensäuregehalt dadurch bestimmt werden, dass die Entnahmevorrichtung vor dem Durchstechen des Durchstoßdoms durch den Verschlussdeckel mit einem Inertgasdruck, z.B. einem Stickstoff- oder Argon-Druck, beaufschlagt wird, der größer ist als der Innendruck in der Flasche 88. Das Inertgas wird dann z.B. über den Zwischenraum zwischen der Innenwand des Durchstoßdoms und der Außenwand der Entnahmeleitung in die Flasche 88 gepresst. Um diesen Dmck aufrechterhalten zu können, wird die Entnahmeleitung 24 durch einen oberen Dichtungsring 26 in der Anstechvorrichtung 2 abgedichtet. Nachdem man im Flascheninneren mit dem Inertgas einen geeigneten Gegendruck aufgebaut hat, kann das Absperrventil 16 geöffnet werden, um das Durchströmen der Durchflusszelle 4 mit Probenflüssigkeit in Gang zu setzen. Mit Hilfe des Nadelventils 14 wird verhindert, dass der Dmck nach dem Öffnen des Absperrventils zu stark abfällt. Auch wird mit Hilfe des Nadelventils sichergestellt, dass sich die Druckverhältnisse in der Flasche 88 nicht schlagartig ändern. Die Menge der aus der Flasche 88 ausströmenden Flüssigkeit kann über den Durchflussmesser 18 ohne weiteres festgestellt werden. Eine portionierte Entnahme an Probenflüssigkeit gelingt über das Schließen und Öffnen des Absperrventils, das z.B. elektromagnetisch oder pneumatisch angesteuert werden kann. Fig. 2 ist in schematischer Darstellung eine Durchflussmesszelle 4 sowie ein Teil des Infrarotspektrometers zu entnehmen. Der ATR-Kristall 28 liegt in dieser bevorzugten Ausführungsform mit einem trapezförmigen Querschnitt vor und ist im wesentlichen vertikal angeordnet. Fig. 2 zeigt somit den ATR-Kristall und die Durchflussmesszelle 4 von oben. Die Durchflussmesszelle wird zum einen gebildet durch eine erste Längswandung 30, umfassend den ATR-Kristall 28, und eine gegenüberliegende, zweite Längswandung 32 sowie schmalere Seitenwandungen. Um bereits während der Messung verfolgen zu können, dass die durch die Durchflussmesszelle geleitete Flüssigkeit keine Turbulenzen zeigt, sondern laminar fließt, kann z.B. die zweite Längswandung 32 vollständig oder teilweise transparent, z.B. aus Plexiglas, gefertigt sein. Der Infrarotmessstrahl wird über eine erste Spiegeloptik 34, umfassend einen ersten und zweiten Umlenkspiegel 38 und 40 auf die Eintrittsfläche des ATR-Kristalls gelenkt und über eine zweite Spiegeloptik 42, umfassend die dritten und vierten Umlenkspiegel 44 und 46 auf einen nicht dargestellten Detektor geleitet.
Fig. 3 zeigt eine Durchflussmesszelle 4, umfassend eine erste Längswandung 30, umfassend den ATR-Kristall 28, eine zweite Längswandung 32 mit einem Sichtfenster 48 aus z.B. Plexiglas sowie vier sich jeweils paarweise gegenüberstehende Schmalseiten 50, 52, 54 und 56, die den Innenraum der Durchflusszelle bilden. Der ATR-Kristall 28 deckt vorzugsweise nur einen Teil der ersten Längsseite 30, insbesondere in zentraler Anordnung, ab, so dass der Einlass 58 in die Durchflusszelle und der Auslass 60 aus der Durchflusszelle in der Weise positioniert werden können, dass sie im Bereich der oder neben den Kanten des ATR-Kristalls 28 liegen. In der in Fig. 3 gezeigten bevorzugten Durchflussmesszelle ist der ATR-Kristall 28 mit seiner der Messflüssigkeit zugewandten ebenen Fläche im wesentlichen vertikal ausgerichtet. Der Einlass 58 befindet sich bei dieser Anordnung vorzugsweise im Bereich der oder unterhalb der Linie, auf der die Unterkante des ATR-Kristalls liegt. Der Auslass 60 ist hingegen vorzugsweise im Bereich der oder oberhalb der Linie angeordnet, auf der die Oberkante des ATR-Kristalls liegt. Beispielsweise können Ein- und Auslass bei einer quadratischen oder rechteckigen Messfläche des ATR-Kristalls diametral beabstandet von einander angebracht sein. Durch die vertikale Anordnung der Messfläche des ATR-Kristalls sowie die beschriebene Anordnung von Ein- und Aulass der Durchflussmesszelle 4 gemäß Fig. 3 gelingt es, den ATR-Kristall auch im Dauerbetrieb von partikulären Ablagerungen freizuhalten. Außerdem wird die Messung nicht durch Gasblasen oder Schaumbildung in der Messflüssigkeit gestört. Besonders bevorzugt ist eine Durchflussmesszelle 4, deren Grundkörper, d.h. diejenigen Elemente, die den zu durchströmenden Innenraum bilden, einstückig ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Grundkörper zumindest abschnittsweise transparent, um unmittelbar bei der Durchflussmessung verfolgen zu können, ob die Strömung noch laminar ist oder bereits Turbulenzen aufweist, was, um verlässliche Messwerte zu erhalten, vermieden werden sollte. Besonders bevorzugt besteht der gesamte Grundkörper aus einem einstückigen transparenten oder transluzenten Material, z.B. einem Polycarbonat- oder Polymethylmethacrylatmaterial. Der Grundkörper lässt sich z.B. auf die Weise erhalten, dass das Innenraumvolumen der Messzelle von einer Außenwandung aus aus dem Grundkörperohling ausgearbeitet, z.B. ausgefräst, wird. Die Eingangs- und Ausgangsöffhung lassen sich z.B. ohne weiteres in den nicht ausgefrästen Bereich des Grundkörpers bohren. Die in dem Grundkörper geschaffene Innen- raumvertie ung wird sodann mit einem ATR-Kristall dichtend abgedeckt. Zum Schutz vor mechanischen Einflüssen und zur Erhöhung der Dichtigkeit kann der Grundkörper mit ATR- Kristall in eine Ummantelung, z.B. aus Metall, gegeben werden. Mit dieser Konstruktion kann u.a. auch der ATR-Kristall permanent gegen den Grundkörper gedrückt werden.
Fig. 4 zeigt eine um mehrere Komponenten erweiterte Vorrichtung gemäß Fig. 1. Neben der zweiten Probenentnahmevorrichtung, umfassend die Anstsechvorrichtung 2, verfügt die abgebildete Ausführungsform auch über eine erste Probenentnahmevorrichtung 62 mit einer ersten Entnahmeleitung 64. Die Entnahmevorrichtung umfasst einen Halter 66 für Gefäße enthaltend eine Messflüssigkeit sowie einen beweg- und steuerbaren Haltearm 68 zur Postierung der Entnahmeleitung über einem Gefäß und zum Einführen in das Gefäß. Femer ist in Fig. 4 eine Abzweigleitung 70 angedeutet, mit der Prozessflüssigkeit aus einem Produktionsprozess abgezweigt und der Messzelle 4 zugeführt werden kann. Sämtliche Entnahme- und Abzweigleitungen können beispielsweise in einem Umschaltventil 72 zusammengeführt sein, so dass für unterschiedliche Messungen auf nur eine Messzelle zurückgegriffen werden kann. Für den Transfer von Flüssigkeit aus den offenen Behältnissen der ersten Probenentnahmevorrichtung oder aus dem Produktionsprozess kann auf eine Fördereinheit 74, z.B. in Form einer Ansaugpumpe, zurückgegriffen werden, die vorzugsweise der Messzelle 4 nachgeschaltet angeordnet ist. Alternativ kann die Messflüssigkeit selbstverständlich auch schwerkraftgetrieben durch die Messzelle befördert und gegebenenfalls über eine Rücklaufleitung 76 in den Produktionsprozess oder ein (Sammel)Behältnis rücktransferiert werden. Des weiteren kann, wie in Fig. 4 gezeigt, die Messvorrichtung zusätzlich über einen O2-Sensor 78, einen Schall- ZDichte-Sensor 80, einen Leitfähigkeitssensor 82, einen pH-Sensor 84 und einen Trübungssensor 86 verfügen. Der Schall-/Dichte-Sensor wird vorzugsweise bei ruhender Flüssigkeit eingesetzt. Die Sauerstoff-, Färb-, pH- und Leitfähigkeitsbestimmung wird hingegen in der Regel im Flüssigkeitsstrom vorgenommen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarte Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
Messvorrichtung Anstechvorrichtung Durchflussmesszelle Infrarotspektrometer Auswerteeinheit Datenspeicher Vorrichtung zur Drackbeaufschlagung Nadelventil Absperrventil Durchflussmesser Dichtungsaufsatz Durchstoßdom zweite Entnahmeleitung obere Dichtung ATR-Kristall erste Längsseite zweite Längsseite erste Spiegeloptik zweite Probenentnahmevorrichtung erster Umlenkspiegel zweiter Umlenkspiegel zweite Spiegeloptik dritter Umlenkspiegel vierter Umlenkspiegel Sichtfenster Schmalseiten Einlass Auslass erste Probenentnahmevorrichtung erste Entnahmeleitung Gefäßhalter
Haltearm
Abzweigleitung
Umschaltventil
Fördereinheit
Rücklaufleitung
O2-Sensor
Schall-ZDichte-Sensor
Leitfähigkeitssensor pH-Sensor
Trübungssensor
Flasche

Claims

Ansprüche
Vorrichtung (1) zur qualitativen undZoder quantitativen Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Prozessflüssigkeiten undZoder in alkoholischen und nicht alkoholischen Getränken, die in offenen Behältnissen oder in verschließbaren bzw. verschlossenen Behältnissen oder Gebinden vorliegen, auf denen ein Druck einwirkt, der größer, gleich oder geringer als der Atmosphärendruck ist, wobei das Behältnis oder Gebinde mindestens einen Behältniswandungs-, Deckel- oder Bodenbereich undZoder einen Verschluss aufweist, der durchstechbar ist, umfassend a) mindestens eine erste Probenentnahmevorrichtung (62) zur batchweisen oder kontinuierlichen Entnahme von Flüssigkeit, insbesondere von Prozess- oder Getränkeflüssigkeit aus einem offenen Behältnis, umfassend mindestens eine erste Entnahmeleitung (64); undZoder mindestens eine Probenabzweigungsvorrichtung zur batchweisen oder kontinuierlichen Abzweigung von Flüssigkeit, insbesondere Prozess- oder Getränkeflüssigkeit aus einem Produktionsprozess, umfassend mindestens eine Abzweigungsleitung (70) aus dem Produktionsprozess; undZoder mindestens eine zweite Probenentnahmevorrichtung (36) zur batchweisen oder kontinuierlichen Entnahme von Flüssigkeit, insbesondere von Getränkeflüssigkeit, aus einem verschließbaren bzw. verschlossenen Behältnis oder Gebinde, umfassend mindestens eine Anstechvorrichtung (2), enthaltend mindestens einen Durchstoßdom (22) mit einem bewegbaren Dichtungsaufsatz (20) oder einem Keg- Verschluss, zur Erzeugung einer abgedichteten Öffnung in dem Behältnis oder Gebinde, insbesondere in dessem Verschluss, über die die Flüssigkeit in dem Behältnis oder Gebinde mit Dmck beaufschlagbar ist, und mindestens eine zweite Entnahmeleitung (24), zumindest bereichsweise angeordnet innerhalb des Durchstoßdoms (22) oder beabstandet von dem Durchstoßdom, die vorzugsweise bis zum Bodenbereich des Behältnisses oder des Gebindes einschiebbar ist, b) mindestens eine Durchflussmesszelle (4) mit einem Eingang (58), der mit der ersten undZoder zweiten Entnahmeleitung (24, 64) undZoder Abzweigungsleitung (70) von Getränke- oder Prozessflüssigkeit, und einem Ausgang (60), der mit einer Abflussleitung verbunden ist, umfassend mindestens einen ATR-Kristall (28) mit einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche für Infrarotmessstrah- lung und einem Messweg auf der der zu analysierenden Flüssigkeit, insbesondere der der Getränke- oder Prozessflüssigkeit, zugewandten Seite des ATR-Kristalls, auf dem der Messstrahl mindestens einmal, insbesondere mindestens sechsmal, abgeschwächt totalreflektierbar ist, c) ein Infrarotspektrometer (6), umfassend mindestens eine Infrarot- Lichtquelle, insbesondere eine MIR-Lichtquelle, eine erste Spiegeloptik (36) oder eine erste Lichtleiteroptik zur Fokussierung des von der Infrarot-Lichtquelle ausgesandten Infrarotmessstrahls auf die Eintrittsfläche des ATR-Körpers (28), eine zweite Spiegeloptik (42) oder eine zweite Lichtleiteroptik zur Fokussierung des aus der Aus- trittsfläche des ATR-Körpers (28) austretenden Infrarotmessstrahls auf einen Detektor, und mindestens einen Detektor und, in Wirkverbindung mit dem Detektor, d) mindestens eine computergestützte Auswerteeinheit und e) mindestens einen mit der Auswerteeinheit verbundenen Datenspeicher.
2. Vorrichtung (1) nach Ansprach 1, femer umfassend eine Vorrichtung zur Beaufschlagung des Innenraums des verschließbaren bzw. verschlossenen Behältnisses oder Gebindes mit einem Druck, insbesondere über die Anstechvorrichtung (2), undZoder mindestens eine Fördereinheit (74), insbesondere in Form einer Ansaugpumpe, die in Wirkverbindung mit der ersten undZoder zweiten Entnahmeleitung (64, 24) undZoder der Abzweigungsleitung (70) steht.
3. Vorrichtung (1) nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ATR-Kristall (28) für IR-Strahlung im wesentlichen transparent ist und zumindest bereichsweise ein drackfestes und, insbesondere auf der der zu analysierenden Flüssigkeit zugewandten Fläche, eine gegenüber der zu analysierenden Flüssigkeit beständiges, insbesondere wasserunlösliches, Material umfasst oder aus einem solchen besteht.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ATR-Kristall (28) Saphir, Kadmiumtellurid, Thalliumbromid-Iodid, Silicium, Ma- gnesiumdifluorid, Cäsiumiodid, Silberchlorid, Kalciumdifluorid, Kaliumbromid undZoder Natriumchlorid sowie insbesondere Zinksulfid, Zinkselenid undZoder Germanium im unbeschichteten oder, insbesondere mit einer Schicht aus Diamant oder Polyethylen, beschichteten Zustand, umfasst oder aus einem solchen Material besteht.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ATR-Kristall (28) eine Konsistenz undZoder eine Dicke aufweist, die ausreicht, einem positiven oder negativen Betriebsdruck von mindestens 3 Atmosphären, insbesondere mindestens 5 Atmosphären, zu widerstehen.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der zu analysierenden Getränkeflüssigkeit ausgesetzte Fläche des ATR-Kristalls (28) zumindest bereichsweise im wesentlichen eben ausgebildet ist, wobei zumindest dieser ebene Bereich den Messweg umfasst und im wesentlichen nicht horizontal, insbesondere gegenüber der Horizontalen geneigt oder vertikal, ausgerichtet ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmesszelle (4) mindestens zwei größerflächige Längswandungen (30, 32) und kleinerflächige Seitenwandungen umfasst, wobei der Abstand sich gegenüberliegender Längswandungen im Durchschnitt etwa 0,1 mm bis mindestens 5 mm, insbesondere mindestens 1 mm, beträgt und wobei in mindestens einer dieser Längswandungen (30) der ATR-Kristall (28) dichtend integriert ist.
8. Vorrichtung ( 1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen der Durchflussmesszelle (4), insbesondere der Grandkörper der Durchflussmesszelle, aus einem transparenten Glas- oder Kunststoffmaterial bestehen, insbesondere auf der Basis von, vorzugsweise schlagzähmodifiziertem, Polycarbonat, Polystyrol oder Polymethylmethacrylat.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsöffnung (58) für die Zuleitung zu der Durchflussmesszelle (4) unterhalb der Längsachse undZoder der Linie, auf der der Messweg liegt, angeordnet ist und dass die Ausgangsöffhung (60) für die Ableitung aus der Durchflussmesszelle (4) oberhalb der Längsachse undZoder der Linie, auf der der Messstrecke liegt, angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangs- und die Ausgangsöffhung (58, 60) der Durchflussmesszelle (4) jeweils im Bereich einander gegenüberliegender Kanten, insbesondere Seitenkanten, des ATR-Kristalls (28) oder jeweils beabstandet neben diesen gegenüberliegenden Kanten angeordnet sind.
11. Vorrichtung ( 1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsöffnung (58) der Durchflussmesszelle (4) unterhalb der Linie, auf der die Unterkante des ATR-Kristalls (28) liegt, angeordnet ist und dass die Ausgangsöffhung (60) der Durchflussmesszelle (4) oberhalb der Linie, auf der die Oberkante des ATR- Kristalls (28) liegt, angeordnet ist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ATR-Kristall (28) eine Breite von mindestens 0,2 cm, insbesondere von minde- stens 1 cm, eine Länge von mindestens 2 cm, insbesondere mindestens 5 cm, und eine Dicke von mindestens 2 mm, insbesondere mindestens 5 mm, aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Lichtquelle, insbesondere die MIR-Lichtquelle, eine ein kontinuierliches oder ein Mehrwellenlängen-Spektrum ausstrahlende Lichtquelle oder eine eine oder mehrere diskrete Wellenlänge(n) ausstrahlende Lichtquelle, insbesondere eine Infrarot- Leuchtdiode, einen Bleisalz-IR-Diodenlaser oder einen Quantenkaskadenlaser, darstellt.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der IR-Lichtquelle nachgeschaltet mindestens ein Mittel vorgesehen ist, um einen konvergenten Messstrahl als, insbesondere schmalen, Parallelstrahl auf die Eintrittsfläche des ATR-Kristalls auftreffen zu lassen.
15. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Messfensters des ATR-Kristalls (28) oder des ATR-Kristalls als solchem entlang des Messweges weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 2,5 mm, beträgt.
16. Vorrichtung ( 1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung zu der Durchflussmesszelle (4) mindestens ein Grobpartikelfilter zwischengeschaltet ist.
17. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Aufrechterhaltung eines Drucks mindestens ein Absperrventil (16) undZoder mindestens ein Drackhalteventil (14), insbesondere ein Nadelventil, umfasst.
18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infrarotspektrometer ein Fourier-Transform-Infrarotspektrometer darstellt.
19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher eine Datenbank mit charakteristischen Analysedaten zu untersuchender Getränkeinhaltsstoffe enthält.
20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung eine Getränkeanalysevorrichtung, insbesondere eine Bieranalysevorrichtung, darstellt.
21. Vorrichtung ( 1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung zu undZoder die Ableitung von der Durchflussmesszelle (4) jeweils mindestens einen Durchflussmesser (18) aufweist.
22. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, femer umfassend mindestens einen O2-Sensor (78), insbesondere der Durchflussmesszelle (4) vorgeschaltet, undZoder mindestens einen Leitfähigkeits-, pH-, Schall-ZDichte-, Färb-, undZoder Trübungssensor (82, 84, 80), insbesondere der Durchflusszelle (4) nachgeschaltet.
23. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, femer umfassend mindestens eine Thermostatiereinheit zur Thermostatierang der zu analysierenden Flüssigkeit undZoder mindestens eine Thermostatiereinheit zur Thermostatierang der Durchflusszelle oder des ATR-Kristalls.
24. Verfahren zur qualitativen undZoder quantitativen Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Getränke- oder Prozessflüssigkeiten, mit insbesondere einer Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer zu analysierenden Flüssigkeit in einem Behältnis und Einführen mindestens einer ersten Entnahmeleitung in die Flüssigkeit zur batchweisen oder kontinuierlichen Probenentnahme undZoder batchweises oder kontinuierliches Ab- zweigen einer Flüssigkeit aus einem Produktionsprozess über mindestens eine Abzweigungsleitung zwecks Probenentnahme, - Transfer der Flüssigkeit über eine Leitung zu einer Durchflusszelle, enthaltend einen ATR-Kristall, - Einleiten eines MIR-Messstrahls in den ATR-Kristall, so dass der Messstrahl mindestens einmal, insbesondere mindestens sechsmal, an der Kristallfläche, die in Kontakt mit der zu analysierenden Getränkeflüssigkeit steht, entlang eines Messweges abgeschwächt totalreflektiert wird, - Leiten des aus dem ATR-Kristall austretenden Messstrahls auf eine Detektoreinheit, - wellenlängenspezifische Registrierung der Intensität des Messstrahls, - Abgleich des detektierten Absorptions- bzw. Intensitätsspektrams mit in einem Datenspeicher hinterlegten Referenzspektren in einer Auswerteeinheit, die in Wirkverbindung mit dem Datenspeicher steht, und - Ermittlung der An- bzw. Abwesenheit von zu analysierenden Inhaltsstoffen in der Getränkeflüssigkeit sowie gegebenenfalls - Ermittlung der Konzentration detektierter Inhaltsstoffe durch Abgleich der detektierten wellenlängenspezifischen Daten mit in dem Datenspeicher hinterlegten Referenzstandards.
25. Verfahren nach Ansprach 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mit Hilfe einer, insbesondere der Durchflusszelle nachgeschalteten, Fördereinheit, insbesondere einer Ansaugpumpe, transferiert wird.
26. Verfahren zur qualitativen undZoder quantitativen Bestimmung von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Getränken, mit insbesondere einer Vorrichtung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 23, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines verschließbaren und verschlossenen Behältnisses oder Gebindes, in dem eine Flüssigkeit vorliegt, auf die ein Druck einwirkt, der größer, gleich oder geringer ist als der Atmosphärendrack, wobei das Behältnis oder Gebinde zumindest einen Behältniswandungs-, Deckel- undZoder Bodenbereich oder einen Verschluss aufweist, der dichtend durchstechbar ist, dichtendes Anlegen eines bewegbaren Dichtungsaufsatzes an der Spitze einer Anstechvorrichtung an den durchstechbaren Bereich, Aufbringen eines Drucks in die Anstechvorrichtung, der gleich oder größer ist als der in dem Behältnis vorliegende Druck,
Durchstechen des durchstechbaren Bereichs mit einer Schneidvorrichtung in Form eines Durchstoßdoms oder einer Hohlnadel,
Einführen einer zweiten Entnahmeleitung in das Behältnis oder Gebinde, insbesondere durch den Durchstoßdom oder die Hohlnadel, insbesondere bis nahe an den Bodenbereich des Behältnisses oder Gebindes, Durchleiten zumindest eines Teils der Flüssigkeit des Behältnisses durch die Entnahmeleitung zu einer mit dieser Leitung verbundenen Durchflussmesszelle unter Drackbeaufschlagung mit einem Gas, insbesondere einem Inertgas oder Luft, über eine mit der Anstechvorrichtung verbundene Drackvorrichtung undZoder eine der Durchflusszelle nachgeschaltete Fördereinheit, insbesondere Ansaugpumpe,
Aufrechterhalten des Drucks in der Durchflussmesszelle über mindestens eine Druckhaltevorrichtung, insbesondere ein Absperr- undZoder mindestens ein Drackhalteventil, z.B. Nadelventil, im Bereich der Abflussleitung der Durchflussmesszelle,
Einleiten eines IR-Messstrahls, insbesondere MIR-Messstrahls, in den ATR- Kristall,
Durchleiten des IR-Messstrahls entlang eines Messweges durch den ATR- Kristall, so dass an der der zu analysierenden Flüssigkeit zugewandten Fläche des ATR-Kristalls mindestens eine, insbesondere mindestens sechs, abgeschwächte Totalreflektionen stattfinden,
Leiten des aus dem ATR-Kristall austretenden IR-Messstrahls auf eine Detektoreinheit, wellenlängenspezifische Registrierang der Intensität desZder IR-MessstrahlsZen, Abgleich der detektierten wellenlängenabhängigen Absorptions- bzw. Intensitätssignale mit in einem Datenspeicher hinterlegten Referenzdaten der zu ana- lysierenden Flüssigkeitsinhaltsstoffe in einer Auswerteeinheit, die in Wirkverbindung mit dem Datenspeicher steht, sowie gegebenenfalls Ermittlung der An- bzw. Abwesenheit von zu analysierenden Inhaltsstoffen in der Flüssigkeit sowie gegebenenfalls Ermittlung der Konzentration detektierter Inhaltsstoffe durch Abgleich der detektierten wellenlängenspezifischen Daten mit in dem Datenspeicher hinterlegten Referenzstandards.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das zu analysierende Getränk ein nicht alkoholisches Getränk, insbesondere Milch, Milchprodukte, Fruchtsäfte, Erfrischungsgetränke, oder Softdrinks, oder ein alkoholisches Getränk, insbesondere Spirituosen, Weine, Biere oder Mischgetränke, darstellt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Getränkeflüssigkeit qualitativ undZoder quantitativ auf IR-aktive Inhaltsstoffe, ins- beondere auf Kohlenhydrate bzw. Saccharide, Kreatinin, Kohlensäure, Kohlendioxid, Ethanol, Methanol, undZoder Proteine untersucht wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Lichtquellen, die diskrete Wellenlängen emittieren, kontinuierlich, gepulst oder gemäß einem Multiplex-Schema betrieben werden.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenlängenspezifischen Intensitäten des detektierten Messstrahls gespeichert und mit einem ebenfalls hinterlegten Referenzspektrum zwecks Abgleichs eingelesen und mittels Einzelwertzerlegung oder neuronaler Netzwerke analysiert werden.
31. Verwendung der Vorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 für die im wesentlichen gleichzeitige qualitative undZoder quantitative Analyse von Inhaltsstoffen, insbesondere von Kohlenhydrate bzw. Saccharide, Kreatinin, Kohlensäure, Kohlendioxid, Ethanol, Methanol, undZoder Proteinen, in nicht alkoholischen Getränken, insbesondere Milch, Milchprodukten, Frachtsäften, Erfrischungsgetränken, oder Softdrinks, oder in alkoholischen Getränken, insbesondere Spirituosen, Weine, Biere oder Mischgetränken.
32. Durchflussmesszelle (4), umfassend sich gegenüberliegende erste und zweite Wandungsflächen (30, 32), wobei in die erste Wandungsfläche ein für Infrarotstrahlung, insbesondere MIR-Strahlung, transparenter ATR-Kristall (28) dichtend integriert ist, der mindestens zwei ebene, im wesentlichen parallele Begrenzungsflächen umfasst, von denen eine dem Innenraum der Durchflussmesszelle zugewandt und nicht horizontal, insbesondere vertikal, ausrichtbar ist sowie einen Messweg verfügbar macht, auf dem ein Infrarotmessstrahl mindestens einmal, insbesondere sechsmal abgeschwächt totalreflektierbar ist, mindestens eine Eingangsöffnung (58) für die Zuleitung zu der Duchflusszelle, die unterhalb der Längsachse undZoder der Linie, auf der der Messweg liegt, angeordnet ist, mindestens eine Ausgangsöffhung (60) für die Ableitung aus der Durchflussmesszelle, die oberhalb der Längsachse undZoder der Linie, auf der der Messweg liegt, angeordnet ist, und wobei die Eingangs- und die Aus- gangsöffnungen jeweils an den oder beabstandet von den sich gegenüberliegenden Enden des Messweges angeordnet sind.
33. Durchflussmesszelle nach Ansprach 32, umfassend einen, insbesondere einstückigen, Grandkörper aus einem, insbesondere transparenten oder transluzenten Material, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff, der zusammen mit dem ATR-Kristall den Innenraum der Messzelle umgrenzt.
34. Durchflussmesszelle nach Ansprach 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polystyrol undZoder einem Stryolcopolymeren in schlagzähmodifizierter oder nicht schlagzähmodifizierter Form besteht oder dieses Material umfasst.
PCT/DE2004/002487 2003-11-11 2004-11-10 Vorrichtung und verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen analyse von inhaltsstoffen in flüssigkeiten, insbesondere in getränke- und prozessflüssigkeiten WO2005047873A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112004002673T DE112004002673D2 (de) 2003-11-11 2004-11-10 Vorrichtung und Verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Getränke- und Prozessflüssigkeiten

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10352924.1 2003-11-11
DE10352924A DE10352924A1 (de) 2003-11-11 2003-11-11 Vorrichtung und Verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen Analyse von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten, insbesondere in Getränke- und Prozessflüssigkeiten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2005047873A2 true WO2005047873A2 (de) 2005-05-26
WO2005047873A3 WO2005047873A3 (de) 2005-07-14

Family

ID=34585028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2004/002487 WO2005047873A2 (de) 2003-11-11 2004-11-10 Vorrichtung und verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen analyse von inhaltsstoffen in flüssigkeiten, insbesondere in getränke- und prozessflüssigkeiten

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE10352924A1 (de)
WO (1) WO2005047873A2 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8374800B2 (en) 2006-07-05 2013-02-12 Danmarks Tekniske Universitet Determining parameters of the dielectric function of a substance in aqueous solution by self-referenced reflection THz spectroscopy
CN103238056A (zh) * 2010-12-03 2013-08-07 福斯分析股份公司 流动性异质材料的中红外光谱分析
EP2887052A1 (de) 2013-12-23 2015-06-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung und optischen Analyse einer festen Probe, die einem kontrollierten Umfeld ausgesetzt wird, durch Infrarot-Spektroskopie mit mehrfachen internen Reflexionen
CN107727444A (zh) * 2017-11-07 2018-02-23 广东出入境检验检疫局检验检疫技术中心 一种用于瓶装液体的智能开瓶取样装置
CN109975209A (zh) * 2019-04-19 2019-07-05 荧飒光学科技（上海）有限公司 用于傅里叶变换光谱仪的衰减全反射装置

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005035932A1 (de) * 2005-07-28 2007-02-08 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Optischer Sensor für in-situ Messungen
US7719686B2 (en) 2005-12-05 2010-05-18 E.I. Du Pont De Nemours And Company System for measuring a color property of a liquid
WO2007067587A1 (en) 2005-12-05 2007-06-14 E. I. Du Pont De Nemours And Company Probe apparatus for measuring a color property of a liquid
US7423755B2 (en) 2005-12-05 2008-09-09 E.I. Du Pont De Nemours And Company Liquid measurement cell having a transparent partition therein
DE602006021057D1 (de) * 2005-12-05 2011-05-12 Du Pont System zum messen einer eigenschaft einer flüssigkeit mittels einer abfragenden strahlung
US7477394B2 (en) 2005-12-05 2009-01-13 E.I Du Pont De Nemours & Company Method for measuring a color property of a liquid using a liquid measurement cell having a transparent partition therein
US7542143B2 (en) 2005-12-05 2009-06-02 E.I. Du Pont De Nemours And Company Liquid measurement cell having a pressurized air cavity therein
DE102011006655A1 (de) * 2011-04-01 2012-10-04 Krones Aktiengesellschaft Verfahren zum Verarbeiten eines Saft- und/oder Limonadenprodukts
US10041863B2 (en) * 2015-04-03 2018-08-07 Pepsico, Inc. Method of measuring carbonation levels in open-container beverages
RU2688954C2 (ru) * 2015-06-01 2019-05-23 ФОСС Аналитикал А/С Спектральный анализ текучего неоднородного вещества в среднем инфракрасном диапазоне
DE102016007094B3 (de) 2016-06-10 2016-12-22 Qfood Gmbh Probenentnahmevorrichtung zur Entnahme von Getränkeproben aus einer Getränkeleitung, die ein unter Druck stehendes gashaltiges Getränk enthält
EP3567366A1 (de) 2018-05-08 2019-11-13 Koninklijke Philips N.V. Ernährungsanalysemodul für eine lebensmittelverarbeitungsvorrichtung oder lebensmittelaufbewahrungsvorrichtung
DE102019215692B4 (de) 2019-10-11 2021-06-17 Gunther Krieg Vorrichtung und Verfahren zur Identifikation von Stoffen in der Fluidzusammensetzung
US20230393112A1 (en) * 2020-11-02 2023-12-07 Foss Analytical A/S Method of and analyser for the optical analysis of a liquid containing a dissolved gas
DE102021128674A1 (de) * 2021-11-04 2023-05-04 Krones Aktiengesellschaft Verfahren zur Prozessüberwachung einer ortsgebundenen Reinigung einer Produktionseinheit zur Herstellung und/oder Behandlung flüssiger Abfüllprodukte und Produktionsanlage mit einem Reinigungssystem zur ortsgebundenen Reinigung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5561069A (en) * 1993-07-06 1996-10-01 Smithkline Beecham Corporation Surface plasmon resonance detector having collector for eluted ligate
DE19528950A1 (de) * 1995-08-07 1997-02-13 Centec Ges Fuer Labor Und Proz Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung produktspezifischer Qualitätsparameter einer Flüssigkeit
WO2003083458A2 (de) * 2002-04-03 2003-10-09 Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main Infrarotmessvorrichtung, insbesondere für die spektrometrie wässriger systeme, vorzugsweise von mehrkomponentensystemen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5561069A (en) * 1993-07-06 1996-10-01 Smithkline Beecham Corporation Surface plasmon resonance detector having collector for eluted ligate
DE19528950A1 (de) * 1995-08-07 1997-02-13 Centec Ges Fuer Labor Und Proz Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung produktspezifischer Qualitätsparameter einer Flüssigkeit
WO2003083458A2 (de) * 2002-04-03 2003-10-09 Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main Infrarotmessvorrichtung, insbesondere für die spektrometrie wässriger systeme, vorzugsweise von mehrkomponentensystemen

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"PUTTING THE RIGHT FIZZ IN BEER" CHEMICAL ENGINEER, INSTITUTION OF CHEMICAL ENGINEERS, LONDON, GB, Bd. 498, 13. Juni 1991 (1991-06-13), Seite 18, XP002041431 ISSN: 0302-0797 *
BELLON V: "Fermentation control using ATR and an FT-IR spectrometer" SENSORS AND ACTUATORS B (CHEMICAL) SWITZERLAND, Bd. B12, Nr. 1, 15. M{rz 1993 (1993-03-15), Seiten 57-64, XP002318902 ISSN: 0925-4005 *
EDELMANN A ET AL: "High-performance liquid chromatography with diamond ATR-FTIR detection for the determination of carbohydrates, alcohols and organic acids in red wine." ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY 376 (1) 92-97 2003 CORRESPONDENCE (REPRINT) ADDRESS, B. LENDL, INST. OF CHEM. TECH. & ANALYTICS, VIENNA UNIV. OF TECH., 1060 VIENNA, AUSTRIA. E-MAIL BLENDL(A)MAIL.ZSERV.TUWIEN.AC.AT, 29. M{rz 2003 (2003-03-29), XP002318901 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8374800B2 (en) 2006-07-05 2013-02-12 Danmarks Tekniske Universitet Determining parameters of the dielectric function of a substance in aqueous solution by self-referenced reflection THz spectroscopy
CN103238056A (zh) * 2010-12-03 2013-08-07 福斯分析股份公司 流动性异质材料的中红外光谱分析
EP2887052A1 (de) 2013-12-23 2015-06-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung und optischen Analyse einer festen Probe, die einem kontrollierten Umfeld ausgesetzt wird, durch Infrarot-Spektroskopie mit mehrfachen internen Reflexionen
US9995676B2 (en) 2013-12-23 2018-06-12 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method and device for the preparation and optical analysis of a solid sample subjected to a controlled environment, by multiple internal reflection infrared spectroscopy
CN107727444A (zh) * 2017-11-07 2018-02-23 广东出入境检验检疫局检验检疫技术中心 一种用于瓶装液体的智能开瓶取样装置
CN109975209A (zh) * 2019-04-19 2019-07-05 荧飒光学科技（上海）有限公司 用于傅里叶变换光谱仪的衰减全反射装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE10352924A1 (de) 2005-07-14
DE112004002673D2 (de) 2006-10-26
WO2005047873A3 (de) 2005-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2005047873A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen analyse von inhaltsstoffen in flüssigkeiten, insbesondere in getränke- und prozessflüssigkeiten
EP1493019B1 (de) INFRAROTMESSVORRICHTUNG FÜR DIE SPEKTROMETRIE WäSSRIGER UND NICHT WäSSRIGER SYSTEME
DE19944260C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Gasanalyse
DE1941572C3 (de) Vorrichtung für die photometrische Analyse eines in einem deformierbaren Behälter enthaltenen Fluids
EP2256483B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Schaumdichte
EP0520322B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Untersuchen des gasförmigen Inhalts retournierter Getränkeflaschen
DE4124920A1 (de) Biochemischer analysator und in dem analysator verwendete prismazelle fuer abgeschwaechte totalreflektion
DE102009028067B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zur spektrometrischen Analyse eines Getränks
EP2786126B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur detektion von fremdstoffen in wasser
EP3044583B1 (de) Verfahren zur haltbarkeitsuntersuchung bei verpackungen
EP1082601B1 (de) Durchfluss-scheranalysator für biologisch aktive moleküle in flüssigkeitsschichten auf oberflächen, verfahren zur analyse einer flüssigkeit und verfahren zur bestimmung der dicke einer ultradünnen flüssigkeitsschicht
DE102005048807B3 (de) Vorrichtung für die qualitative und/oder quantitative Bestimmung von IR-aktiven Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten sowie ein Verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen Bestimmung von IR-aktiven Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten
EP1183524B1 (de) Messung von trübungen mittels reflektometrie
EP4043866A1 (de) Verfahren und sensor zur messung des kohlendioxid-gehaltes von fluiden
DE10033457A1 (de) Transmissionsspektroskopische Vorrichtung für Behälter
DE10214781B4 (de) FT-IR-Meßvorrichtung, insbesondere für die Spektrometrie wässriger Systeme
DE4418180A1 (de) Anordnung zur Messung der spektralen Absorption in Flüssigkeiten, Gasen und Feststoffen
DE102019215692B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Identifikation von Stoffen in der Fluidzusammensetzung
EP3650839B1 (de) Labor-gasmessgerät
EP3312593A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur optischen anregung einer mehrzahl von analyten in einem array von reaktionsgefässen und zur erfassung von fluoreszenzlicht aus dem analyten
DE10158448B4 (de) Verfahren zur spektralen Messung der Stabilität einer Flüssigkeit, wie Bier, unter Verwendung einer spektral-elektrischen Fotometereinheit für elektromagnetische Wellen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102018122578A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Messung von Streulicht und Verwendung z.B. an Kläranlagen
DE19544851A1 (de) Vorrichtung zur Untersuchung von Flüssigkeitsproben
DE202007001444U1 (de) Vorrichtung zur Prüfung von mit Insulin gefüllten Behältnissen
DE19647222C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kombinierten Absorptions- und Remissionsspektroskopie für die Ermittlung der Absorptions-, Streu- und Fluoreszenzfähigkeit transmittierender Flüssigkeiten, Gase und Festkörper

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120040026733

Country of ref document: DE

REF Corresponds to

Ref document number: 112004002673

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20061026

Kind code of ref document: P

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112004002673

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase