WO2015121066A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer sauerstoffkonzentration oder einer stickstoffkonzentration in einem abgeschlossenen behälter - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer sauerstoffkonzentration oder einer stickstoffkonzentration in einem abgeschlossenen behälter Download PDF

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WO2015121066A1
WO2015121066A1 PCT/EP2015/051686 EP2015051686W WO2015121066A1 WO 2015121066 A1 WO2015121066 A1 WO 2015121066A1 EP 2015051686 W EP2015051686 W EP 2015051686W WO 2015121066 A1 WO2015121066 A1 WO 2015121066A1
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container
light
light beam
gas volume
oxygen concentration
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PCT/EP2015/051686
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Ruwen Glueck
Michael Urhahn
Franziska Seitz
Patrik Lengerer
Martin Hessing
Alexander Stratmann
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/20—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material
    • G01M3/202—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using special tracer materials, e.g. dye, fluorescent material, radioactive material using mass spectrometer detection systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a
  • test methods have very long test times and show due to a
  • a container having a closed gas volume and having at least one transparent one
  • Tank area directed into the interior of the container and then an oxygen concentration and / or a nitrogen concentration in the gas volume is determined directly by means of a Raman spectroscopy. Due to the short lead time it can be made possible in particular that complete
  • Spectroscopy allows a strictly linear method and thereby in particular a simple calibration of the system. Furthermore, a non-integrating method along the optical path is made possible, so that a punctual oxygen concentration or a punctual one
  • Nitrogen concentration is detectable. Furthermore, by means of Raman spectroscopy, oxygen and nitrogen can be measured directly, so that a usable measurement result is immediately available and, for example, a defective container can be discharged immediately.
  • the test time is preferably less than 1 second.
  • the shielding element is preferably slipped over the container currently being tested.
  • the shielding element can simultaneously cover a plurality of containers and a successive measurement of the containers can be carried out.
  • the light from a light source, which generates the light beam is conducted to the shielding element via a flexible light guide.
  • the scattered light is conducted to the spectrograph via a second flexible light guide directed. In this way, a simple movability of the shielding element, for example in the vertical direction, can be made possible.
  • the light source is preferably a laser.
  • the Raman spectroscope detects the scattered light of the light beam in an angular range of 0 ° to 180 ° and in particular at an angle of 90 ° to the light beam.
  • structurally simple, very fast and accurate measurement can be made possible.
  • a detection of above or below the container by a lid or a floor can be done.
  • the container is after the measurement with the same
  • the transport device can, for example, a
  • Conveyor belt or a star wheel or a turntable or the like Conveyor belt or a star wheel or a turntable or the like.
  • star wheel is used, since this does not have to be stopped during the measurement process.
  • One size (diameter) of the star wheel is designed so that so many specimens on the
  • Star wheel are arranged so that the rotational speed of the test duration and the number of tests per time (clock rate) is adjusted.
  • the measuring process is preferably carried out in a time window of 0.5 seconds to 1 second.
  • the containers to be measured are supplied standing in the vertical direction, so that the gas volume to be measured is always arranged in the upper region of the container. Furthermore, the present invention relates to a device for determining a
  • the device comprises a
  • Transport device for automatically feeding the container, a light source, in particular a laser, for emitting a light beam in the
  • Device is preferably designed as a complete assembly and can be grown or integrated in particular on filling and packaging machines or the like.
  • the device further preferably comprises an opaque
  • Shielding element which shields the sealed container from extraneous light.
  • the shielding element is slipped over the container to be tested.
  • the specimens are retracted into a tunnel whose entrance and exit are darkened with a light curtain, and extended again after testing.
  • a plurality of specimens are preferably arranged in the tunnel before and after the test site in order to have a sufficient distance from the light curtains at the entrance and exit of the tunnel.
  • the device further comprises a first flexible optical fiber which connects the light source to the shielding element and guides the light beam into the interior of the shielding element, and a second flexible optical waveguide which connects the shielding element to the Raman spectroscope and scatters the light beam to the Raman Spectroscope conducts.
  • the Raman spectroscope is preferably arranged in an angle range of 0 ° to 180 ° and in particular at an angle of approximately 90 ° to the light beam, or alternatively above or below the container.
  • the transport device is a conveyor belt or a star wheel or a turntable or the like.
  • the container to be tested can be fed and discharged simply in cycles.
  • the cycle time is preferably in a range of 0.5 seconds to 1 second.
  • the present invention relates to a filling and / or closing machine for pharmaceutical containers or food containers, comprising a device according to the invention. Furthermore, the inventive
  • Coating processes eg in the solar industry, can be used.
  • a gas concentration in a sealed container or area can be determined quickly and reliably by means of an optical, non-destructive method.
  • the invention also makes it possible to check complete batches, which is advantageous in particular for pharmaceutical products which are not allowed to come into contact with oxygen.
  • Figure 1 is a schematic plan view of an inventive
  • Figure 2 is a schematic side view of the device of Figure 1 and
  • Figure 3 is a schematic sectional view of an inventive
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a device 10 according to the invention for determining an oxygen concentration of a gas volume 21 of a sealed container 20 according to a first embodiment of the invention.
  • the container 20 has an internal closed volume which is filled with a powdered or liquid or solid or gaseous substance 22 and the closed gas volume 21. As can be seen from Figure 2, the container 20 is arranged upright, so that the gas volume is in the upper region of the container. The container 20 is closed by means of a lid 23.
  • the apparatus further comprises a transport device 80, which in this embodiment is a conveyor belt.
  • the sealed containers 20 were filled in a previous step with the powdery substance 22, for example a drug, and then an inert gas brought as an inner closed gas volume in the container 20 to a
  • the device 10 further comprises a light source 40, which is in this
  • Embodiment is a laser.
  • the laser emits a laser beam 50 which, as shown in FIG. 2, is directed through the gas volume 21 in the container 20.
  • the laser beam 50 is absorbed by means of an absorber 70 positioned on the side of the container 20 opposite the laser.
  • the apparatus further comprises a Raman spectrograph 60 for detecting and evaluating scattered light 51 of the laser beam 50.
  • the stray light is at an angle ⁇ , which in this
  • Embodiment 90 °, on the spectrograph 60 to
  • the angle ⁇ which is also referred to as the detection angle, can assume values between 0 ° and 360 ° and in particular between 90 ° and 180 °.
  • the closed container is preferably completely transparent, and in particular made of glass.
  • the sealed container can also be a flexible container, for example a food packaging, which has at least one transparent container region through which the laser beam 50 can enter the interior of the container and via which the scattered light can reach the Raman spectrograph 60.
  • the transport device 80 is used both for feeding and for discharging containers to the measuring device.
  • the reference numeral 20a denotes a container in which the
  • the spectrograph 60 preferably comprises a monochromator (not shown separately) for selecting scattered light incident on the spectrograph 60 having a wavelength corresponding to the Raman spectral band to be detected, ie, oxygen or nitrogen. More preferably, the spectrograph 60 comprises a CCD camera (not shown separately) for converting the scattered light selected by the monochromator into a measurement voltage.
  • the measurement voltage generated by the CCD camera is directly proportional to the number of photons that have been scattered by the gas to be measured at the detection angle ⁇ Raman and on the
  • Spectrographs have hit within a given detection time.
  • FIG. 3 shows a device 10 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the device additionally comprises an opaque
  • Shielding element 30 which is slipped over the sealed container 20 to be measured.
  • the interior of the shielding element 30 is connected to the light source 40 via a first flexible optical waveguide 41.
  • a second flexible light guide 61 is provided, which the
  • Shielding element 30 connects to the Raman spectrograph 60.
  • Shielding element 30 can be placed on the transport device 80 and serves to avoid interfering influences of extraneous light, which could adversely affect the measurement.
  • the shielding element 30 can in this case in the direction of the double arrow B on and from the transport device 80, which in this embodiment is also a conveyor belt in the vertical direction, placed or lifted.
  • the mobility of the shielding element 30 is maintained by the use of the two flexible light guides 41, 61.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration und/oder einer Stickstoffkonzentration eines Gasvolumens (21) in einem abgeschlossenen Behälter (20), wobei der Behälter (20) mindestens einen durchsichtigen Behälterbereich aufweist, umfassend die Schritte automatisches Zuführen des Behälters (20) mittels einer Transporteinrichtung (80), Ausrichten eines Lichtstrahls (50) einer Lichtquelle (40) auf das Gasvolumen (21) im Behälter (20), wobei der Lichtstrahl (50) durch den durchsichtigen Behälterbereich gerichtet ist, und Bestimmen einer Sauerstoffkonzentration und/oder einer Stickstoffkonzentration im Gasvolumen (21) mittels Raman-Spektroskopie.

Description

Beschreibung
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG EINER SAUERSTOFFKONZENTRATION ODER EINER STICKSTOFFKONZENTRATION IN EINEM ABGESCHLOSSENEN BEHÄLTER
Behälter
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer
Sauerstoffkonzentration und/oder einer Stickstoffkonzentration eines
Gasvolumens in einem abgeschlossenen Behälter.
Insbesondere bei Produkten der Pharma- und Nahrungsmittelindustrie gibt es
Anwendungen, bei denen kein oder weniger Sauerstoff und/oder kein Stickstoff oder weniger als typischerweise in Luft enthalten, vorhanden sein darf. Dies kann beispielsweise mittels elektrochemischen Sensoren oder Lambda-Sensoren
überprüft werden, wobei der Behälter dazu zerstört werden muss. Derartige
Prüfverfahren haben jedoch sehr lange Prüfzeiten und weisen aufgrund eines
logarithmischen Signal-Konzentrationsverlaufs keine lineare Kennlinie auf.
Hierdurch ist eine aufwendige und meist relativ oft durchzuführende Kalibrierung notwendig. Auch können Konzentrationen unterhalb von 1 % Sauerstoffanteil
nicht hinreichend sicher bestimmt werden. Weiterhin zeigt die DE 10 2009 026
744 A1 ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Behälters mit einem
abgeschlossenen Volumen unter Verwendung der Raman-Spektroskopie. Eine
Sauerstoff- oder Stickstoff-Konzentrationsbestimmung des Gases im Behälter
wird dabei jedoch nicht durchgeführt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration und/oder Stickstoffkonzentration mit den Merkmalen des Anspruches 1 weist
demgegenüber den Vorteil auf, dass auf zerstörungsfreie Weise eine
ausreichend exakte Sauerstoffkonzentration und/oder Stickstoffkonzentration, insbesondere auch in einem Bereich von unter 1 %, erfasst werden kann.
Insbesondere kann sicher eine Restsauerstoffbestimmung bei medizinischen und pharmazeutischen Behältern, z.B. Vials, schnell und kontaktlos, in-situ ermöglicht werden. Hierzu wird erfindungsgemäß ein ein abgeschlossenes Gasvolumen aufweisender Behälter, welcher zumindest einen durchsichtigen
Behälterbereich aufweist oder vollständig durchsichtig ist, z.B. aus Glas, mittels einer Transporteinrichtung automatisch zugeführt. Nach dem Zuführen mittels der Transporteinrichtung wird ein Lichtstrahl auf das Gasvolumen im Behälter gerichtet. Der Lichtstrahl wird von außen durch den durchsichtigen
Behälterbereich in das Innere des Behälters gerichtet und anschließend wird mittels einer Raman-Spektroskopie eine Sauerstoffkonzentration und/oder eine Stickstoffkonzentration im Gasvolumen direkt bestimmt. Aufgrund der kurzen Durchlaufzeit kann es insbesondere ermöglicht werden, dass komplette
Produktchargen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überprüft werden und nicht nur stichprobenartig Überprüfungen erfolgen. Die Raman-
Spektroskopie ermöglicht dabei ein streng lineares Verfahren und dadurch insbesondere auch eine einfache Kalibrierung des Systems. Weiterhin wird ein nicht integrierendes Verfahren entlang des optischen Weges ermöglicht, so dass eine punktuelle Sauerstoffkonzentration bzw. eine punktuelle
Stickstoffkonzentration erfassbar ist. Mittels der Raman-Spektroskopie können ferner Sauerstoff und Stickstoff direkt gemessen werden, so dass unmittelbar ein verwendbares Messergebnis vorliegt und beispielsweise ein defekter Behälter sofort ausgeschleust werden kann. Die Prüfzeit beträgt vorzugsweise unter 1 Sekunde.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Um unerwünschte Lichteffekte durch Fremdlicht zu vermeiden, wird
vorzugsweise ein lichtundurchlässiges Abschirmelement über den Behälter gestülpt. Das Abschirmelement wird dabei vorzugsweise über den gerade zu überprüfenden Behälter gestülpt. Alternativ kann das Abschirmelement auch mehrere Behälter gleichzeitig überdecken und eine nacheinander erfolgende Messung der Behälter durchgeführt werden. Weiter bevorzugt wird das Licht einer Lichtquelle, welche den Lichtstrahl erzeugt, zum Abschirmelement über einen flexiblen Lichtleiter geleitet. Weiter bevorzugt wird das Streulicht zum Spektrographen über einen zweiten flexiblen Lichtleiter geleitet. Hierdurch kann eine einfache Bewegbarkeit des Abschirmelements, beispielsweise in vertikaler Richtung, ermöglicht werden. Die Lichtquelle ist vorzugsweise ein Laser. Weiter bevorzugt erfasst das Raman-Spektroskop das Streulicht des Lichtstrahls in einem Winkelbereich von 0° bis 180° und insbesondere in einem Winkel von 90° zum Lichtstrahl. Hierdurch kann eine bautechnisch einfache, sehr schnelle und genaue Messung ermöglicht werden. Bei einem durchsichtigen Behältnis kann z.B. auch eine Detektion von oberhalb oder unterhalb des Behältnisses durch einen Deckel oder einen Boden erfolgen.
Weiter bevorzugt wird das Behältnis nach der Messung mit der gleichen
Transporteinrichtung abgeführt, mit welcher das Behältnis zugeführt wurde. Ferner wird gleichzeitig ein nachfolgendes Behältnis für einen nächsten
Messvorgang zugeführt. Die Transporteinrichtung kann beispielsweise ein
Förderband oder ein Sternrad oder ein Drehtisch oder dergleichen sein.
Besonders bevorzugt wird hierbei ein Sternrad verwendet, da dieses während des Messvorgangs nicht angehalten werden muss. Eine Größe (Durchmesser) des Sternrads ist dabei derart ausgelegt, dass so viele Prüflinge auf dem
Sternrad angeordnet sind, dass die Drehgeschwindigkeit der Prüfungsdauer und der Anzahl von Prüfungen pro Zeit (Taktrate) angepasst ist.
Um möglichst kurze Taktzeiten ausführen zu können, wird der Messvorgang vorzugsweise in einem Zeitfenster von 0,5 Sekunden bis 1 Sekunde ausgeführt.
Weiter bevorzugt werden die zu messenden Behälter in vertikaler Richtung stehend zugeführt, so dass das zu messende Gasvolumen immer im oberen Bereich des Behälters angeordnet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung einer
Sauerstoffkonzentration und/oder Stickstoffkonzentration eines Gasvolumens in einem abgeschlossenen Behälter. Die Vorrichtung umfasst eine
Transporteinrichtung zum automatischen Zuführen der Behälter, eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, zum Aussenden eines Lichtstrahls in das
Gasvolumen und ein Raman-Spektroskop zur Erfassung von Streulicht des
Lichtstrahls, um die gewünschte Gaskonzentration zu bestimmen. Die
Vorrichtung ist vorzugsweise als komplette Baugruppe ausgebildet und kann insbesondere an Abfüll- und Verpackungsmaschinen oder dergleichen angebaut bzw. integriert werden.
Die Vorrichtung umfasst ferner bevorzugt ein lichtundurchlässiges
Abschirmelement, welches den abgeschlossenen Behälter gegenüber Fremdlicht abschirmt. Besonders bevorzugt wird das Abschirmelement dabei über den zu prüfenden Behälter übergestülpt. Alternativ werden die Prüflinge in einen Tunnel, dessen Eingang und Ausgang mit einem Lichtschutzvorhang abgedunkelt ist, eingefahren und nach erfolgter Prüfung wieder ausgefahren. Dabei sind vorzugsweise im Tunnel mehrere Prüflinge vor und nach der Prüfstelle angeordnet, um einen ausreichenden Abstand zu den Lichtschutzvorhängen am Eintritt und Austritt des Tunnels zu haben.
Weiter bevorzugt umfasst die Vorrichtung ferner einen ersten flexiblen Lichtleiter, welcher die Lichtquelle mit dem Abschirmelement verbindet und den Lichtstrahl in das Innere des Abschirmelements leitet, und einen zweiten flexiblen Lichtleiter, welcher das Abschirmelement mit dem Raman-Spektroskop verbindet und Streulicht des Lichtstrahls zum Raman-Spektroskop leitet.
Für eine schnelle und genaue Messung ist vorzugsweise das Raman- Spektroskop in einem Winkelbereich von 0° bis 180° und insbesondere in einem Winkel von ungefähr 90° zum Lichtstrahl angeordnet, oder alternativ oberhalb oder unterhalb des Behältnisses.
Weiter bevorzugt ist die Transporteinrichtung ein Förderband oder ein Sternrad oder ein Drehtisch oder dergleichen. Hierdurch können die zu prüfenden Behälter einfach taktweise zugeführt und abgeführt werden. Die Taktzeit liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 Sekunden bis 1 Sekunde.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Füll- und/oder Verschlussmaschine für pharmazeutische Behälter oder Nahrungsmittelbehälter, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Weiterhin kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren auch in der
Qualitätssicherung, beispielsweise zur Restsauerstoffbestimmung bei
Beschichtungsprozessen z.B. in der Solarindustrie, verwendet werden. Erfindungsgemäß kann somit eine Gaskonzentration in einem abgeschlossenen Behälter oder Bereich mittels eines optischen, zerstörungsfreien Verfahrens schnell und sicher bestimmt werden. Die Erfindung ermöglicht dabei auch die Überprüfung kompletter Chargen, was insbesondere bei pharmazeutischen Produkten, welche nicht mit Sauerstoff in Kontakt kommen dürfen, vorteilhaft ist.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Für die Bezeichnung von gleichen Komponenten wurden in der Zeichnung die gleichen Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Vorrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung von Figur 1 und
Figur 3 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration eines Gasvolumens 21 eines abgeschlossenen Behälters 20 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Der Behälter 20 weist ein inneres abgeschlossenes Volumen auf, das mit einer pulverförmigen oder flüssigen oder festen oder gasförmigen Substanz 22 und dem abgeschlossenen Gasvolumen 21 gefüllt ist. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist der Behälter 20 stehend angeordnet, so dass das Gasvolumen sich im oberen Bereich des Behälters befindet. Der Behälter 20 ist mittels eines Deckels 23 verschlossen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Transporteinrichtung 80, welche in diesem Ausführungsbeispiel ein Förderband ist. Die abgeschlossenen Behälter 20 wurden dabei in einem vorhergehenden Schritt mit der pulverförmigen Substanz 22 befüllt, z.B. einem Medikament, und anschließend ein Inertgas als inneres abgeschlossenes Gasvolumen in den Behälter 20 gebracht, um eine
Sauerstoffkonzentration im Behälter möglichst gering zu halten. Anschließend wurde der Behälter dann verschlossen. Die Vorrichtung 10 umfasst ferner eine Lichtquelle 40, welche in diesem
Ausführungsbeispiel ein Laser ist. Der Laser sendet dabei einen Laserstrahl 50 aus, welcher, wie in Figur 2 gezeigt, durch das im Behälter 20 befindliche Gasvolumen 21 gerichtet ist. Der Laserstrahl 50 wird dabei mittels eines auf der dem Laser gegenüberliegenden Seite des Behälters 20 positionierten Absorber 70 absorbiert.
Die Vorrichtung umfasst ferner einen Raman-Spektrographen 60 zum Erfassen und Auswerten von Streulicht 51 des Laserstrahls 50. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, wird das Streulicht unter einem Winkel Θ, welcher in diesem
Ausführungsbeispiel 90° beträgt, auf den Spektrographen 60 zur
Konzentrationsmessung geführt. Der Winkel Θ, der auch als Detektionswinkel bezeichnet wird, kann Werte zwischen 0° und 360° und insbesondere zwischen 90° und 180° annehmen. Der abgeschlossene Behälter ist vorzugsweise vollständig transparent, und insbesondere aus Glas. Alternativ kann der abgeschlossene Behälter aber auch ein flexibler Behälter, beispielsweise eine Nahrungsmittelverpackung, sein, welche wenigstens einen durchsichtigen Behälterbereich aufweist, durch welchen der Laserstrahl 50 in das Behälterinnere gelangen kann und über welchen das Streulicht zum Raman-Spektrographen 60 gelangen kann.
Die Transporteinrichtung 80 wird, wie aus Figur 1 ersichtlich ist, sowohl zum Zuführen als auch zum Abführen von Behältern zur Messeinrichtung verwendet. Das Bezugszeichen 20a bezeichnet dabei einen Behälter, bei dem die
Gaskonzentrationsmessung schon durchgeführt wurde, und das Bezugszeichen
20b bezeichnet einen Behälter, welcher nach dem gerade gemessenen Behälter 20 gemessen wird. Der Spektrograph 60 umfasst bevorzugt einen Monochromator (nicht separat dargestellt) zum Selektieren von auf den Spektrographen 60 auftreffendem Streulicht mit einer Wellenlänge, die dem zu detektierenden Raman- Spektralband, d.h., Sauerstoff oder Stickstoff, entspricht. Weiter bevorzugt umfasst der Spektrograph 60 eine CCD-Kamera (nicht separat dargestellt) zum Umwandeln des mittels des Monochromators selektierten Streulichts in eine Messspannung. Die von der CCD-Kamera erzeugte Messspannung ist dabei direkt proportional zur Anzahl der Photonen, die von dem zu messenden Gas unter dem Detektionswinkel Θ Raman gestreut worden sind und auf den
Spektrographen innerhalb einer vorgegebenen Detektionszeit aufgetroffen sind.
Figur 3 zeigt eine Vorrichtung 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich ein lichtundurchlässiges
Abschirmelement 30, welches über den zu messenden abgeschlossenen Behälter 20 übergestülpt wird. Das Innere des Abschirmelements 30 ist dabei über einen ersten flexiblen Lichtleiter 41 mit der Lichtquelle 40 verbunden.
Weiterhin ist ein zweiter flexibler Lichtleiter 61 vorgesehen, welcher das
Abschirmelement 30 mit dem Raman-Spektrographen 60 verbindet. Das
Abschirmelement 30 kann auf die Transporteinrichtung 80 aufgesetzt werden und dient zur Vermeidung von störenden Einflüssen von Fremdlicht, welche die Messung negativ beeinflussen könnten. Das Abschirmelement 30 kann dabei in Richtung des Doppelpfeils B auf und von der Transporteinrichtung 80, welche in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Förderband in Vertikalrichtung ist, aufgesetzt bzw. abgehoben werden. Die Beweglichkeit des Abschirmelements 30 bleibt dabei durch die Verwendung der beiden flexiblen Lichtleiter 41 , 61 beibehalten.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration und/oder einer Stickstoffkonzentration eines Gasvolumens (21 ) in einem abgeschlossenen Behälter (20), wobei der Behälter (20) mindestens einen durchsichtigen Behälterbereich aufweist, umfassend die Schritte
automatisches Zuführen des Behälters (20) mittels einer Transporteinrichtung (80),
Ausrichten eines Lichtstrahls (50) einer Lichtquelle (40) auf das Gasvolumen (21 ) im Behälter (20), wobei der Lichtstrahl (50) durch den durchsichtigen Behälterbereich gerichtet ist, und
Bestimmen einer Sauerstoffkonzentration und/oder einer Stickstoffkonzentration im Gasvolumen (21 ) mittels Raman- Spektroskopie.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein
lichtundurchlässiges Abschirmelement (30) über den Behälter (20) gestülpt wird, um externe Lichteffekte während des Messvorgangs zu vermeiden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Licht der
Lichtquelle (40), welche den Lichtstrahl (50) erzeugt, zum Abschirmelement (30) über einen ersten flexiblen Lichtleiter (41 ) geleitet wird und/oder das Streulicht (51 ) des Lichtstrahls (50) mittels eines zweiten flexiblen
Lichtleiters (61 ) vom Abschirmelement zum Raman-Spektroskop (60) geleitet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (50) ein Laserstrahl ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Raman-Spektroskop (60) das Streulicht (51 ) des Lichtstrahls (50) in einem Winkelbereich zwischen 0° und 180° und insbesondere in einem Winkel von ungefähr 90° erfasst. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (20) nach dem Messvorgang mittels der Transporteinrichtung (80) abtransportiert wird und dass gleichzeitig ein nachfolgendes Behältnis (20b) für einen nächsten Messvorgang zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messvorgang in einem Zeitfenster zwischen 0,5 Sekunden und 1 Sekunde ausgeführt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration und/oder einer Stickstoffkonzentration in einem Gasvolumen (21 ) eines abgeschlossenen Behälters (20), umfassend
eine Transporteinrichtung (80) zum automatischen Zuführen des Behälters (20), wobei der Behälter (20) wenigstens einen
durchsichtigen Behälterbereich aufweist,
eine Lichtquelle (40) zum Aussenden eines das Gasvolumen (21 ) durchdringenden Lichtstrahls (50), welcher durch den durchsichtigen Behälterbereich in das Gasvolumen (21 ) eindringbar ist, und ein Raman-Spektroskop (60) zur Erfassung von Streulicht (51 ) des Lichtstrahls (50), um die Sauerstoffkonzentration und/oder die Stickstoffkonzentration zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend ein lichtundurchlässiges Abschirmelement (30), welches über den abgeschlossenen Behälter (20) stülpbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend einen ersten flexiblen Lichtleiter (41 ), welcher die Lichtquelle mit dem Abschirmelement (30) verbindet und den Lichtstrahl (50) ins Innere des Abschirmelements (30) leitet, und einen zweiten flexiblen Lichtleiter (61 ), welcher das
Abschirmelement (30) mit dem Raman-Spektroskop (60) verbindet und Streulicht (51 ) des Lichtstrahls (50) zum Raman-Spektroskop (60) leitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Streulicht (51 ) in einem Winkelbereich von 0° bis 180° und insbesondere in einem Winkel (Θ) von ungefähr 90° zum Lichtstrahl (50) erfassbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (80) ein Förderband oder ein Sternrad oder ein Drehtisch ist und/oder dass die Transporteinrichtung (80) eine Taktzeit von kleiner als 1 s aufweist.
13. Füll- und/oder Verschlussmaschine für pharmazeutische Behälter oder Nahrungsmittelbehälter, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12.
PCT/EP2015/051686 2014-02-13 2015-01-28 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer sauerstoffkonzentration oder einer stickstoffkonzentration in einem abgeschlossenen behälter WO2015121066A1 (de)

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DE102014202595.8 2014-02-13

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