WO2010133335A1 - Verfahren zur bestimmung einer in einen zu befüllenden körper zudosierten menge eines fliessfähigen stoffes - Google Patents

Verfahren zur bestimmung einer in einen zu befüllenden körper zudosierten menge eines fliessfähigen stoffes Download PDF

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WO2010133335A1
WO2010133335A1 PCT/EP2010/003017 EP2010003017W WO2010133335A1 WO 2010133335 A1 WO2010133335 A1 WO 2010133335A1 EP 2010003017 W EP2010003017 W EP 2010003017W WO 2010133335 A1 WO2010133335 A1 WO 2010133335A1
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Garik Torosyan
René BEIGANG
Joachim Jonuscheit
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Robert Bosch Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G9/00—Methods of, or apparatus for, the determination of weight, not provided for in groups G01G1/00 - G01G7/00
    • G01G9/005—Methods of, or apparatus for, the determination of weight, not provided for in groups G01G1/00 - G01G7/00 using radiations, e.g. radioactive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/284—Electromagnetic waves

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a quantity (mass or volume) of a flowable substance added to a body to be filled.
  • From DE 100 01 068 C1 discloses a device for metering and dispensing powder in hard gelatin capsules is known in which several stuffing punches when immersed in holes to compress the powder to be packed to press lines. In order to be able to make a statement about a mass of these pellets, means are provided which detect the travel of the ejection punches, which are immediately downstream of the stuffing dies.
  • a microdosing process in which, for example, less than 10 mg of a pulverulent substance are to be filled, can of course also be checked by means of weighing the body to be filled before and after the filling process. Precisely high-precision measurements with a balance, however, require a sufficient time to stabilize the measured value, generally greater than one minute. Such long measuring times But prevent the production process in an online control of the filling process and are therefore not meet the requirements of the industry.
  • the present object is achieved by a method for determining a metered into a body to be filled amount of a flowable substance, wherein a terahertz pulse is generated, which passes through the body to be filled and taken therein added amount of the flowable material, and wherein the metered amount of the flowable substance from a running time of the terahertz pulse is determined.
  • the method according to the invention can be used in particular for the on-line measurement of a microdosing amount of a powder or a liquid in capsules during the production process of the capsules and is based on the time-resolved tetrahertz-transmission spectroscopy (THz-TDS), in which a sample in transmission of is passed through a terahertz beam when the substance to be dosed and the body to be filled are transparent to the terahertz waves. It is also particularly suitable for use in the pharmaceutical industry. In addition to powders, of course, liquids and their metered amounts can be determined. In the production lines of the bodies to be filled, the present method can be applied both before and after closing or covering the bodies to be filled.
  • THz-TDS time-resolved tetrahertz-transmission spectroscopy
  • the present method can also be applied to terahertz systems which are designed as reflection geometry or the present time-resolved terahertz transmission spectroscopy (THz-TDS) can be combined with such systems.
  • THz-TDS time-resolved terahertz transmission spectroscopy
  • a propagation delay of the terahertz pulse is determined by the body to be filled before and after the addition of the flowable substance in the body to be filled and determined from this propagation delay, the metered amount of the flowable substance.
  • the flowable substance may be a powdery or liquid substance, which is filled into the body to be filled.
  • the body to be filled may be a capsule into which the powdered or liquid substance is added.
  • the measurement can be made online during the manufacture of the filled body.
  • a reference measurement is carried out in which a filled body is produced as a reference sample, wherein the reference sample dosed mass M of the flowable substance is determined, wherein the propagation delay ⁇ of the terahertz pulse in transmission of the reference sample before and after filling the reference sample is determined, and wherein a Kalibrationskenn- value ⁇ on a comparison of the thus determined mass and the propagation delay ⁇ of the terahertz pulse for the respective flowable material on the formula
  • the respective metered mass is determined (i.e., recalculated).
  • a longitudinal axis of the body to be filled and a propagation axis of the terahertz pulse are aligned with each other such that the terahertz pulse passes through the body to be filled and the flowable product filled therein along the longitudinal axis of the body to be filled.
  • a focal spot diameter of the terahertz pulse is preferably set smaller than an inner diameter of the body to be filled.
  • a partial mass can be determined from each transit time difference and a total mass can be determined from the individual partial mass.
  • the total mass can be calculated according to the formula:
  • E 0 is the amplitude of the terahertz pulse in the reference measurement
  • M Ref the mass determined in the reference measurement
  • ⁇ Re f the transit time difference determined in the reference measurement
  • Ej the amplitudes of the individual scattered individual Pulses and " ⁇ ,” which are measured propagation delays of the scattered single pulses.
  • FIG. 1 shows the waveforms of the measured pulses of an empty capsule and a capsule filled with different masses
  • FIG. 2 shows a graph with the linear dependence of the time delay of the terahertz pulse, depending on the quantity added
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a focal spot diameter as a narrowest cross section of the terahertz pulse beam path through the capsule (the body to be filled),
  • FIG. 4 shows a graph with the dependence of the electric field on the time delay
  • FIG. 5 shows a table with measurement results of a body filled with different masses, determined by weighing and propagation delay, relative to the first maximum shown in FIG. 4, the second minimum shown in FIG. 4 and the second zero position shown in FIG. 6 shows a schematic illustration of a powder bed which frequently occurs in real filling operations.
  • terahertz waves can penetrate most plastic materials, paper, ceramics and other non-metallic substances and in particular the usual packaging materials as well as the commonly packaged substances (powders and liquids), i. these substances are transparent to tetrahertz radiation.
  • each electromagnetic wave when passing through a transparent medium, requires a certain transit time t ("runtime") which is proportional to the product of the refractive index ("refractive index”) n and a geometric length L of the respective transparent medium.
  • the product of refractive index n and geometric length L is also referred to as optical length.
  • the running time t is calculated accordingly from the following formula:
  • the present teaching makes use of these physical principles and enables the measurement of a microdosed amount of a powder or a liquid in bodies to be filled, such as capsules or other packaging means during the production process of the capsules or when filling the packaging means as an inline measurement.
  • capsules will be referred to, although all other forms of packaging means may be used.
  • the presently considered capsule is transformed into a terahertz time domain transmission spectroscope (THz-TDS system) before and after the filling phase introduced and scanned.
  • THz-TDS system terahertz time domain transmission spectroscope
  • the measurement before the filling phase represents the reference terahertz waveform
  • the measurement after the filling phase represents the sample terahertz waveform.
  • the reference and sample waveforms are compared with each other, and from the comparison thereof, the delay time " ⁇ " is calculated.
  • the delay time of the transmitted terahertz beam becomes greater with a larger amount of substance in the capsule.
  • a calibration of the present system is performed by a reference measurement, in addition to the determination of the aforementioned reference and Probeenterahertz- waveforms on a test capsule in addition, the weight of the filled test capsule (preferably with a mechanical high-precision balance) is balanced.
  • the measured delay is directly linked to the balanced powder mass / liquid mass.
  • This calibration parameter ⁇ is different from powder to powder or from liquid to liquid and is unique for each production line.
  • the powder mass / liquid mass, which was added to the packaging material is recalculated with the online measured time delay " ⁇ " of the produced capsules and checked accordingly.As a result, a high number of produced capsules or else all of the capsules produced are checked for correct filling quantities.
  • FIG. 2 shows the linear relationship between the respectively measured time delay and the mass contained in the capsules.
  • the accuracy of the method increases with increasing transmission path through the capsule (in particular through the flowable substance in the capsule). Consequently, a narrowing of a capsule (in particular a reduction of a capsule diameter) and a corresponding extension of the liquid column / bed height with a constant metered quantity can bring about a further increase in the accuracy of the present method.
  • a longitudinal axis of the capsules and a propagation direction of the terahertz pulse coincide with one another.
  • This can be made possible, in particular, by a terahertz system with an additional focus, which is designed such that the focal spot size (or waist) of the terahertz beam is smaller than an inner diameter of the capsule, so that the beam is in contact with it enters the side walls in the capsule, this passes through and exits again. This is shown schematically in FIG.
  • the terahertz jet "sees" the entire amount of powder in the capsule, so capsules with an increased length-to-width ratio are preferable.
  • the powder is homogeneously distributed over the capsule bottom.
  • the terahertz beam passes through an equal bed height or liquid column over its entire width so that the wavefront of the beam leaves the capsule substantially undisturbed, whereby the terahertz pulse receives only a time delay without a significant change in the waveform occurring .
  • Figure 1 Such a case is shown in Figure 1, in which a paracetamol capsule taken from a production line was examined. The time delay of the tetrahertz pulse, depending on the mass of powder loaded in the capsule, was measured by directly comparing the distance between two identical points of the reference and sample terahertz waveforms, as discussed above, that is, with and without filling.
  • the second zero points of these reference and sample near-harmonic wave forms are preferably used, as shown in FIG.
  • the distribution of the powder 1 in the capsule 2 and over the capsule bottom 3 is not homogeneous (non-ideal charge), as shown schematically in FIG.
  • the terahertz beam From the point of view of the terahertz beam, correspondingly different powder thicknesses or liquid columns result over the width of the terahertz beam, as a result of which different time delays are established in the different areas of the capsule.
  • the total powder volume should be scanned with the terahertz beam, since at the exit side of the terahertz pulse due to the different delays, a plurality of sub-pulses and thus a plurality of partial radiation sources on the exit side result.
  • E 0 represents the amplitude of the reference pulse
  • E 1 the amplitude and ⁇ -, the delay of the individual measured partial pulses.
  • the center of mass of the measured individual partial pulses could also be formed, wherein the deceleration can be determined from the waveform in the center of mass compared to the reference pulse and the mass can be calculated from the delay thus formed.
  • test values indicated in FIG. 5 were determined on a real filling situation.
  • the measured values obtained by terahertz time domain transmission spectroscopy (THz-TDS) were compared with the results of a weighing procedure. It was found that the present method had a higher accuracy and reproducibility than the immediate measurement with precision balances.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes, wobei ein Terahertz-Impuls erzeugt wird, der den zu befüllenden Körper und die darin aufgenommene zudosierte Menge des fließfähigen Stoffes durchläuft, und wobei die zudosierte Menge des fließfähigen Stoffes aus einer Laufzeit des Terahertz-Impulses ermittelt wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge (Masse oder Volumen) eines fließfähigen Stoffes.
Insbesondere bei Produktionslinien zum Befüllen eines Körpers (wie einer Medikamentenkapsel) mit einem Schüttgut (wie einem Pulver) oder mit Flüssigkeit besteht die Notwendigkeit, die Menge der in den zu befüllenden Körper jeweils zudosierten Substanz ohne Zerstörung des zu befüllenden Körpers zu bestimmen. Es besteht insbesondere die Notwendigkeit bei pharmazeutischen Anlagen zur Mikrodosierung von Pulver oder Flüssigkeit in Kapseln online und zerstörungsfrei nach dem Befüllen oder nach Verschließen der Kapseln die jeweils zudosierte Menge zu bestimmen. Gerade bei derartigen Mikrodosierungsvorgängen in der pharmazeutischen Industrie besteht die Notwendigkeit, die zudosierte Menge sehr genau zu bestimmen.
Aus der DE 100 01 068 C1 ist eine Vorrichtung zum Dosieren und Abgeben von Pulver in Hartgelatinekapseln bekannt, bei der mehrere Stopfstempel beim Eintauchen in Bohrungen das zu verpackende Pulver zu Presslinien verpressen. Um hierbei eine Aussage über eine Masse dieser Presslinge treffen zu können, sind Mittel vorgesehen, die den Federweg der Ausstoßstempel erfassen, welche den Stopfstempeln unmittelbar nachgeschaltet sind.
Weiterhin ist aus der WO 2004/004626 A2 ein Verfahren zur opto-elektronischen Inspektion von pharmazeutischen Artikeln bekannt, wobei zur Ermittlung des Füllgrades einer pharmazeutischen Kapsel diese Kapsel durch ein elektromagnetisches Feld geschickt wird, das beispielsweise von einem Laser erzeugt wird.
Ein Mikrodosierungsvorgang, bei dem beispielsweise weniger als 10 mg einer pulverför- migen Substanz abzufüllen sind, kann selbstverständlich auch mittels Auswiegen des zu befüllenden Körpers vor und nach dem Füllvorgang überprüft werden. Gerade hochpräzise Messungen mit einer Waage erfordern jedoch eine ausreichende Zeit zur Stabilisierung des Messwertes, in der Regel größer eine Minute. Derartig lange Messzeiten be- hindern aber bei einer Online-Kontrolle des Füllvorgangs den Produktionsprozess und werden dementsprechend den Anforderungen der Industrie nicht gerecht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schnelles und gleichzeitig zerstörungsfreies Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes anzugeben, welches die zudosierte Menge des fließfähigen Stoffes mit einer hohen Genauigkeit bestimmt.
Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes, wobei ein Terahertz-Impuls erzeugt wird, der den zu befüllenden Körper und die darin aufgenommene zudosierte Menge des fließfähigen Stoffes durchläuft, und wobei die zudosierte Menge des fließfähigen Stoffes aus einer Laufzeit des Terahertz-Impulses ermittelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zur Onlinemessung einer Mikro- dosierungsmenge eines Pulvers oder einer Flüssigkeit in Kapseln während des Herstellungsvorganges der Kapseln verwendet werden und beruht auf der zeitaufgelösten Te- rahertz-Transmissions-Spektroskopie (THz-TDS), bei der eine Probe in Transmission von einem Terahertz-Strahl durchlaufen wird, wenn die zu dosierende Substanz und der zu befüllende Körper transparent für die Terahertz-Wellen sind. Es ist insbesondere auch geeignet zur Verwendung in der pharmazeutischen Industrie. Neben Pulvern können selbstverständlich auch Flüssigkeiten und deren zudosierte Mengen bestimmt werden. In den Herstellungslinien der zu befüllenden Körper kann das vorliegende Verfahren sowohl vor als auch nach dem Schließen oder Abdecken der zu befüllenden Körper angewendet werden.
Das vorliegende Verfahren kann ebenfalls auf Terahertz-Systeme angewendet werden, welche als Reflexionsgeometrie ausgebildet sind bzw. die vorliegende zeitaufgelöste Terahertz-Transmissions-Spektroskopie (THz-TDS) kann mit derartigen Systemen kombiniert werden.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Laufzeitverzögerung des Terahertz-Impulses durch den zu befüllenden Köper vor und nach der Zudosie- rung des fließfähigen Stoffes in den zu befüllenden Körper bestimmt und aus dieser Laufzeitverzögerung die zudosierte Menge des fließfähigen Stoffes ermittelt. Dabei kann der fließfähige Stoff ein pulverförmiger oder flüssiger Stoff sein, welcher in den zu befüllenden Körper eingefüllt wird.
Weiterhin kann der zu befüllenden Körper eine Kapsel sein, in die der pulverförmige oder flüssige Stoff zudosiert wird.
Desweiteren kann die Messung während der Herstellung des befüllten Körpers online erfolgen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Verfahren wird eine Referenzmessung durchgeführt, bei der ein befüllter Körper als Referenzprobe hergestellt wird, wobei die zur Referenzprobe zudosierte Masse M des fließfähigen Stoffes ermittelt wird, wobei die Laufzeitverzögerung τ des Terahertz-Impulses bei Transmission der Referenzprobe vor und nach dem Befüllen der Referenzprobe bestimmt wird, und wobei ein Kalibrationskenn- wert μ über einen Vergleich der derart bestimmten Masse und der Laufzeitverzögerung τ des Terahertz-Impulses für den jeweiligen fließfähigen Stoff über die Formel
M = μ - τ
bestimmt wird.
Vorzugsweise wird dann zur Onlinemessung der Masse während des Befüllungs- vorganges des zu befüllenden Körpers aus dem Kalibrationskennwert μ und einer Onlinemessung der Laufzeitverzögerung τ während des Befüllens des zu befüllenden Körpers die jeweils zudosierte Masse bestimmt (d.h. rückgerechnet).
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Längsachse des zu befüllenden Körpers und eine Ausbreitungsachse des Terahertz-Impulses derart zueinander ausgerichtet, dass der Terahertz-Impuls den zu befüllenden Körper und das darin eingefüllte fließfähige Produkt entlang der Längsachse des zu befüllenden Körpers durchläuft. Dabei ist ein Brennfleck-Durchmesser des Terahertz-Impulses bevorzugt kleiner als ein innerer Durchmesser des zu befüllenden Körpers eingestellt.
Insbesondere bei inhomogenen Schüttungen des zudosierten fließfähigen Stoffes in den zu befüllenden Körper können auf der Austrittsseite des durchstrahlten Kör- pers mehrere Terahertz-Teilimpulse erzeugt werden, wobei ein Laufzeitunterschied für jeden Teilimpuls bestimmt wird. Dabei kann aus jedem Laufzeitunterschied eine Teilmasse und aus den einzelnen Teilmasse eine Gesamtmasse bestimmt werden. Dabei kann die Gesamtmasse gemäß der Formel:
Figure imgf000006_0001
berechnet werden, wobei ,,E0" die Amplitude des Terahertz-Impulses bei der Referenzmessung, MRef, die bei der Referenzmessung bestimmte Masse, „τRef" der bei der Referenzmessung bestimmte Laufzeitunterschied, „Ej" die Amplituden der einzelnen gestreuten Einzel-Impulse und „τ," die gemessenen Laufzeitverzögerungen der gestreuten Einzel-Impulse sind.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Figur 1 die Wellenformen der gemessenen Impulse einer leeren Kapsel und einer mit unterschiedlichen Massen befüllten Kapsel,
Figur 2 einen Graph mit der linearen Abhängigkeit der Zeitverzögerung des Terahertz-Impulses, abhängig von der zudosierten Menge,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Brennfleckdurchmessers als einem engsten Querschnitt des Terahertz-Impulsstrahlenganges durch die Kapsel (den zu befüllenden Körper),
Figur 4 einen Graph mit der Abhängigkeit des elektrischen Feldes von der Zeitverzögerung,
Figur 5 eine Tabelle mit über Auswiegen und Laufzeitverzögerung ermittelten Meßergebnissen eines mit verschiedenen Massen befüllten Körpers, bezogen auf das in Figur 4 gezeigte erste Maximum, das in Figur 4 gezeigte zweite Minimum und die in Figur 4 dargestellte zweite Nullstelle, und Figur 6 eine schematische Darstellung einer in realen Füllvorgängen häufig vorkommenden Pulverschüttung.
Es ist bekannt, dass Terahertz-Wellen die meisten Kunststoffmaterialien, Papier, Keramiken und andere nichtmetallische Substanzen und insbesondere auch die üblichen Verpackungsmaterialien sowie die üblicherweise verpackten Substanzen (Pulver und Flüssigkeiten) durchdringen kann, d.h. diese Stoffe transparent für Te- rahertz-Strahlung sind.
Weiterhin ist bekannt, dass jede elektromagnetische Welle bei Durchlaufen eines transparenten Mediums eine bestimmte Laufzeit t („Runtime") benötigt, die proportional zum Produkt aus Brechungsindex („Refrective Index") n und einer geometrischen Länge L des jeweiligen transparenten Mediums ist. Das Produkt aus Brechungsindex n und geometrischer Länge L wird auch als optische Länge bezeichnet. Die Laufzeit t berechnet sich demgemäß aus folgender Formel:
L - n t = , c
wobei „c" die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, „L" die geometrische Länge des jeweiligen Mediums und „n" den Brechungsindex beschreibt. Folglich ist im Falle, daß die durch ein Medium erzeugte Verzögerung der elektromagnetischen Welle und der Brechungsindex n dieses Materials bekannt sind, auch die geometrische Länge des Mediums L bekannt.
Die vorliegende Lehre greift zurück auf diese physikalischen Grundlagen und ermöglicht die Messung einer mikrodosierten Menge eines Pulvers oder einer Flüssigkeit in zu befüllenden Körpern wie Kapseln oder anderen Verpackungsmitteln während des Produktionsprozesses der Kapseln bzw. beim Befüllen der Verpackungsmittel als eine Inlinemessung.
Nachfolgend wird der Einfachheit halber ausschließlich auf Kapseln Bezug genommen, wobei jedoch auch sämtliche andere Formen an Verpackungsmittel verwendet werden können.
Die vorliegend betrachtete Kapsel wird in ein Terahertz-Time domain- Transmissions-Spektroskop (THz-TDS-System) vor und nach der Befüllungsphase eingeführt und gescannt. Die Messung vor der Befüllungsphase repräsentiert die Referenz-Terahertz-Wellenform und die Messung nach der Befüllungsphase repräsentiert die Proben-Terahertz-Wellenform. Die Referenz- und Probenwellenformen werden miteinander verglichen und aus dem Vergleich derselben wird die Verzögerungszeit „τ" errechnet.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, wird die Verzögerungszeit des transmittierten Tera- hertzstrahles größer mit größerer Substanzmenge in der Kapsel.
Eine Kalibration des vorliegenden Systems erfolgt durch eine Referenzmessung, bei der neben der Bestimmung der vorgenannten Referenz- und Probenterahertz- Wellenformen an einer Testkapsel zusätzlich das Gewicht der befüllten Testkapsel (vorzugsweise mit einer mechanischen Hochpräzisionswaage) ausgewogen wird.
Der Kalibrationskennwert ergibt sich dann aus folgender Formel:
Figure imgf000008_0001
wobei „M" die Masse der Testkapsel, „p" die Dichte des Pulvers/der Flüssigkeit in der Testkapsel und „S" der Querschnitt der Kapsel ist. Folglich lässt sich diese Formel dahingehend umformen, dass der Kalibrationskennwert μ bestimmt wird aus der Formel:
Figure imgf000008_0002
Dementsprechend ist die gemessene Verzögerung mit der ausgewogenen Pulvermasse/Flüssigkeitsmasse direkt verknüpft.
Dieser Kalibrationskennwert μ ist von Pulver zu Pulver bzw. von Flüssigkeit zu Flüssigkeit verschieden und ist einzigartig für jede Produktionslinie.
Mit diesem Kalibrationskennwert wird die Pulvermasse/Flüssigkeitsmasse, welche zum Verpackungsmittel zudosiert wurde, mit der jeweils online gemessenen Zeitverzögerung „τ" der produzierten Kapseln rückgerechnet und dementsprechend überprüft. Folglich können eine hohe Anzahl der produzierten Kapseln oder auch sämtliche der produzierten Kapseln auf jeweils korrekte Füllmengen überprüft werden.
Die gemessenen Zeitverzögerungen über verschiedenen zudosierten Mengen an Pulver/Flüssigkeit sind in Figur 2 gezeigt.
Aus Figur 2 ergibt sich der lineare Zusammenhang zwischen der jeweils gemessenen Zeitverzögerung und der in den Kapseln enthaltenen Masse.
Bezüglich des vorliegenden Verfahrens sei noch angemerkt, dass die Genauigkeit des Verfahrens mit ansteigendem Transmissionsweg durch die Kapsel (insbesondere durch den fließfähigen Stoff in der Kapsel) ansteigt. Folglich kann eine Ver- schmälerung einer Kapsel (insbesondere eine Verringerung eines Kapseldurchmessers) und eine dementsprechende Verlängerung der Flüssigkeitssäule/Schütthöhe bei gleichbleibender zudosierter Menge eine weitere Steigerung der Genauigkeit des vorliegenden Verfahrens erbringen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn während des Befüllvorganges eine Längsachse der Kapseln und eine Ausbreitungsrichtung des Terahertz-Impulses miteinander übereinstimmen. Dies lässt sich insbesondere durch ein Terahertz-System mit einem zusätzlichen Fokus ermöglichen, der derart ausgebildet ist, dass der Brennfleck-Durchmesser (focal spot size bzw. waist) des Terahertzstrahles kleiner ist als ein innerer Durchmesser der Kapsel, so dass der Strahl ohne Berührung der Seitenwände in die Kapsel eintritt, diese durchläuft und wieder austritt. Dies ist in Figur 3 schematisch dargestellt.
Idealerweise „sieht" der Terahertz-Strahl die gesamte Menge des in der Kapsel aufgenommenen Pulvers. Entsprechend sind Kapseln mit einem vergrößerten Län- ge-zu-Breiten-Verhältnis zu bevorzugen.
Weiterhin ist im Idealfall das Pulver über dem Kapselboden homogen verteilt. In diesem Idealfall durchläuft der Terahertz-Strahl auf seiner gesamten Breite eine gleiche Schütthöhe bzw. Flüssigkeitssäule, so dass die Wellenfront des Strahles die Kapsel im wesentlichen ungestört verlässt, wodurch der Terahertz-Impuls ausschließlich eine Zeitverzögerung erhält, ohne dass eine nennenswerte Veränderung der Wellenform aufträte. Ein derartiger Fall ist in Figur 1 gezeigt, bei dem eine aus einer Produktionslinie entnommene Paracetamol-Kapsel untersucht wurde. Die Zeitverzögerung des Te- rahertz-lmpulses, abhängig von der Masse des in der Kapsel eingefüllten Pulvers, wurde gemessen durch unmittelbaren Vergleich der Entfernung zweier identischer Punkte der Referenz-und Proben-Terahertz-Wellenformen, wie vorstehend erläutert, also der Messung mit und ohne Befüllung.
Aufgrund der Streuung in der Pulverschüttung, insbesondere für Frequenzen oberhalb 2 THz, werden allerdings bevorzugterweise die zweiten Nullpunkte dieser Referenz- und Probenterahertz-Wellenformen verwendet, wie dies in Figur 4 gezeigt ist.
In vielen anderen Fällen ist die Verteilung des Pulvers 1 in der Kapsel 2 und über dem Kapselboden 3 allerdings nicht homogen (nicht-ideale Schüttung), wie in Figur 6 schematisch dargestellt. Aus Sicht des Terahertz-Strahles ergeben sich über die Breite des Terahertz-Strahles entsprechend unterschiedliche Pulverdicken bzw. Flüssigkeitssäulen, wodurch sich in den verschiedenen Bereichen der Kapsel unterschiedliche Zeitverzögerungen einstellen. In einem derartigen nicht-idealen Fall sollte das gesamte Pulvervolumen mit dem Terahertz-Strahl gescannt werden, da sich an der Austrittsseite des Terahertz-Impulses aufgrund der unterschiedlichen Verzögerungen eine Vielzahl an Teilpulsen (Sub-pulses) und damit eine Vielzahl an Teilstrahlungsquellen auf der Austrittsseite ergeben.
Je stärker die einzelnen Teilpulse, desto größer ist der Bereich des Strahlquerschnittes des Terahertz-Strahles, welcher diesen Teilpuls erzeugt.
Für jeden der einzelnen Teilpulse wird eine entsprechende Pulvermasse berechnet (aus der individuellen Laufzeitverzögerung). Alle diese einzelnen Teilmassen werden addiert und auf diese Weise wird die gesamte Pulvermasse erhalten. In einer Formel ausgedrückt ergibt sich die Gesamtmasse des Pulvers aus
Figure imgf000010_0001
wobei E0 die Amplitude des Referenzpulses, E1 die Amplitude und τ-, die Verzögerung der einzelnen gemessenen Teilpulse darstellen. Alternativ könnte auch der Massenschwerpunkt („centre of mass") der gemessenen einzelnen Teilpulse gebildet werden, wobei aus der Wellenform im Massenschwerpunkt im Vergleich zum Referenzpuls die Verzögerung ermittelbar ist und aus dieser so gebildeten Verzögerung die Masse berechnet werden kann.
Mit dem vorliegenden Verfahren ergibt sich eine erhöhte Genauigkeit der Messung und eine verbesserte Reproduzierbarkeit der Messung gegenüber herkömmlichen Verfahren. Zudem ist ein zerstörungsfreies Messen möglich. Desweiteren ergibt sich ein Verfahren zur Onlinekontrolle der Herstellung.
Die in Figur 5 angegebenen Testwerte wurden an einer realen Befüllungssituation ermittelt. Die mittels Terahertz-Time domain-Transmissions-Spektroskopie (THz- TDS) ermittelten Messwerte wurden mit den Ergebnissen aus einem Auswiegeverfahren verglichen. Es zeigte sich, dass das vorliegende Verfahren eine höhere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit als die unmittelbare Messung mit Präzisionswaagen aufwies.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes, wobei ein Terahertz-Impuls erzeugt wird, der den zu befüllenden Körper und die darin aufgenommene zudosierte Menge des fließfähigen Stoffes durchläuft, und wobei die zudosierte Menge des fließfähigen Stoffes aus einer Laufzeit des Terahertz-Impulses ermittelt wird
2. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach Anspruch 1 , wobei eine Laufzeitverzögerung (τ) des Terahertz-Impulses durch den zu befüllenden Körper vor und nach der Zudosierung des fließfähigen Stoffes in den zu befüllenden Körper bestimmt und aus dieser Laufzeitverzögerung (τ) die zudosierte Menge des fließfähigen Stoffes ermittelt wird.
3. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach Anspruch 1 oder 2, wobei der fließfähige Stoff ein pulverförmiger oder flüssiger Stoff ist, welcher in den zu befüllenden Körper eingefüllt wird.
4. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zu befüllenden Körper eine Kapsel ist, in die der pulverförmige oder flüssige Stoff zudosiert wird.
5. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Messung während der Herstellung des befüllten Körpers online erfolgt.
6. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Referenzmessung durchgeführt wird, bei der ein befüllter Körper als Referenzprobe hergestellt wird, wobei die zur Referenzprobe zudosierte Masse (M) des fließfähigen Stoffes ermittelt wird, wobei die Laufzeitverzögerung (τ) des Terahertz-Impulses bei Transmission der Referenzprobe vor und nach dem Befüllen der Referenzprobe bestimmt wird, und wobei ein Ka- librationskennwert μ über einen Vergleich der derart bestimmten Masse (M) und der Laufzeitverzögerung (τ) des Terahertz-Impulses für den jeweiligen fließfähigen Stoff über die Formel
M = μ - τ bestimmt wird.
7. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach Anspruch 6, wobei aus dem Kalibra- tionskennwert μ und einer online Messung der Laufzeitverzögerung (τ) während der Befüllung des zu befüllenden Körpers die jeweils zudosierte Masse bestimmt wird.
8. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei den zu befüllenden Körper und/oder eine Achse des Terahertz-Impulses derart ausgerichtet werden, daß der Terahertz-Impuls den zu befüllenden Körper und das darin eingefüllte fließfähige Produkt entlang einer Längsachse des zu befüllenden Körpers durchläuft.
9. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach Anspruch 8, wobei ein Brennfleckdurchmesser des Terahertz-Impulses kleiner als ein innerer Durchmesser des zu befüllenden Körpers eingestellt wird.
10. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei mehrere Terahertz-Teilimpulse austrittseitig erzeugt werden, wobei ein Laufzeitunterschied (τ) für jeden Impuls bestimmt wird.
11. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach Anspruch 10, wobei aus jedem Laufzeitunterschied (τ) eine Teilmasse und aus den einzelnen Teilmassen eine Gesamtmasse bestimmt wird.
12. Verfahren zur Bestimmung einer in einen zu befüllenden Körper zudosierten Menge eines fließfähigen Stoffes nach Anspruch 11 , wobei die Gesamtmasse gemäß der Formel
Figure imgf000014_0001
berechnet wird, wobei ,,E0" die Amplitude des Terahertz-Impulses bei der Referenzmessung, „MRef" die bei der Referenzmessung ermittelte Masse, „τRef" die bei der Referenzmessung ermittelte Laufzeitverzögerung, „Ej" die Amplituden der einzelnen gestreuten Einzel-Impulse und „TJ" die gemessenen Laufzeitverzögerungen der gestreuten Einzel-Impulse sind.
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