Hochauflösende Online-NMR-Spektroskopie für das Reaktions- und Prozeßmonitoring Beispiele zur Anwendung in der Verfahrenstechnik

{"ID":4036418,"post_title":"Hochaufl\u00f6sende Online-NMR-Spektroskopie f\u00fcr das Reaktions- und Proze\u00dfmonitoring Beispiele zur Anwendung in der Verfahrenstechnik","title":"Hochaufl\u00f6sende Online-NMR-Spektroskopie f\u00fcr das Reaktions- und Proze\u00dfmonitoring Beispiele zur Anwendung in der Verfahrenstechnik","post_content":"Die moderne Reaktions- und Trenntechnik in der chemischen Industrie ist eine Hochtechnologie. Die dort eingesetzten Verfahren zur Reaktionsf\u00fchrung und Auftrennung der Produkte sind weitestgehend optimiert. Zu diesem Stand hat die instrumentelle Analytik ? speziell die Prozessanalytik ? wesentlich beigetragen. Das Reaktions- und Prozessmonitoring ist eine wichtige Hilfe zum Verst\u00e4ndnis der komplexen Zusammenh\u00e4nge. In der vorliegenden Arbeit wird der Einsatz der NMR-Spektroskopie in verfahrenstechnischen Anwendungen wie dem Reaktions- und Prozess-Monitoring diskutiert und alle dazu notwendigen Grundlagen erl\u00e4utert. Solche Anwendungen erfordern h\u00e4ufig Techniken, mit denen hochaufgel\u00f6ste Spektren zerst\u00f6rungsfrei aufgenommen werden k\u00f6nnen, oft bei erh\u00f6htem Druck und erh\u00f6hter Temperatur. Neben der quantitativen Bestimmung der Zusammensetzung komplexer reagierender Mischungen besteht gleichzeitig die M\u00f6glichkeit zur Identifikation von Nebenprodukten. Dieses gelingt insbesondere durch die Nutzung der NMR-Spektroskopie als Online-Methode, die in der Literatur bislang nur in wenigen Einzelf\u00e4llen beschrieben und trotz ihrer enormen M\u00f6glichkeiten noch nicht konsequent angewendet wird. Durch die fortschreitende Entwicklung auf dem Gebiet der NMR-Spektroskopie kann eine Online-Anbindung heute durchgehend mit Hilfe kommerziell erh\u00e4ltlicher Komponenten erfolgen ? wie die vorliegende Arbeit zeigt. Fallende Kosten in der Beschaffung und dem Betrieb leistungsf\u00e4higer NMR-Spektrometer machen die Methode auch im verfahrenstechnischen Umfeld mittlerweile sehr attraktiv. Die Attraktivit\u00e4t der Methode gewinnt neuerdings insbesondere durch die erweiterten Einsatzm\u00f6glichkeiten kompakterer NMR-Magneten mit geringen Streufeldern. Obwohl sich in den Ingenieurwissenschaften damit vielf\u00e4ltige Einsatzm\u00f6glichkeiten ergeben, wird die NMR-Spektroskopie dort bislang noch leider kaum genutzt. Besondere Herausforderungen stellen sich u. a. dadurch, dass sich weder deuterierten Komponenten einsetzen lassen noch die Probe in einer geeigneten Weise in einer Probenvorbereitung ver\u00e4ndert werden kann. Damit kommen hochkonzentrierte Mischungen zur direkten Untersuchung. Dieses hat signifikante R\u00fcckwirkungen auf die einzusetzende NMR-Methodik, die im Rahmen der Arbeit umfassend untersucht wurde. In der Regel lassen sich die Probleme bei entsprechender experimenteller Vorgehensweise umgehen. Zur Garantie quantitativer Messwerte wurden alle eingesetzten Mess- und Auswertungsstrategien ausf\u00fchrlich untersucht und teilweise erweitert. Um quantitativ aussagekr\u00e4ftige Online-NMR-Spektren mit Hilfe der 1H- und 13C-NMRSpektroskopie von technischen Mischungen zu erhalten, wurden folgende Aufgaben gel\u00f6st: ? Entwicklung und Validierung von Vorgehensweisen zur Messung hochkonzentrierter, technischer Mischungen ohne Probenvorbereitung und ohne Zusatz deuterierter Komponenten. ? Konstruktion geeigneter Apparaturen zur Untersuchung von Reaktionsgleichgewichten und -kinetiken f\u00fcr verschiedene Druck- und Temperaturbereiche, die sich optimal f\u00fcr die Online-NMR-Spektroskopie einsetzen lassen. ? Ankopplung der NMR-Spektrometers an die unterschiedlichen Apparate mit Hilfe von NMR-Durchflusszellen. ? Schaffung einer m\u00f6glichst noninvasiven Untersuchungsmethode hinsichtlich aller Probenparameter (z. B. Druck, Temperatur). ? Schaffung und Erprobung von Mess- und Auswertungsstrategien im Hinblick auf quantitative Parameter. ? Erweiterung des zug\u00e4nglichen Druck- und Temperaturbereiches der Messungen sowie Verk\u00fcrzung des Zeitfensters f\u00fcr Messungen durch geeignete Peripherie und konstruktiven Ver\u00e4nderungen am NMR-Probenkopf. Als Beispiel werden Messungen an bin\u00e4ren und tern\u00e4ren fl\u00fcssigen Mischungen aus Formaldehyd, Wasser und Methanol diskutiert. In diesen Systemen ist Formaldehyd fast ausschliesslich in Poly(oxymethylen)Glykolen und -hemiformalen chemisch gebunden. Die chemischen Reaktionen in formaldehydhaltigen Mischungen bestimmen deren thermodynamisches Verhalten sowie ihre Trennung mit thermischen Verfahren. Die NMR-Spektroskopie ist das zentrale analytische Verfahren, mit dem sich diese Vorg\u00e4nge aufkl\u00e4ren und quantifizieren lassen. F\u00fcr die hier vorgestellten Untersuchungen zum Prozessmonitoring kamen u. a. eine Online-NMRKopplung mit einem D\u00fcnnschichtverdampfer sowie mit einem R\u00fchrreaktor zum Einsatz. In weiteren Anwendungsbeispielen zum Thema Formaldehyd wird aufgezeigt, dass sich die Online-NMR-Spektroskopie auch zum Studium komplexer Reaktionsnetzwerke, zur Messung von Gasl\u00f6slichkeiten oder zur Quantifizierung kleinster Produktmengen unter schwierigen, technischen Reaktionsbedingungen eignet. Ferner werden Arbeiten zur Aufkl\u00e4rung und Quantifizierung der chemischen Prozesse bei der Absorption von Kohlendioxid in w\u00e4ssrigen Aminl\u00f6sungen bei Dr\u00fccken bis zu 30 bar und reaktionskinetische Untersuchungen von Veresterungen vorgestellt, bei denen auch ein Vergleich mit einer GC-Analytik durchgef\u00fchrt wurde. Ebenso wird gezeigt, dass sich die Online-NMR-Spektroskopie zur Beobachtung von Reaktionen in Ionischen Fl\u00fcssigkeiten eignet. Ein Teil der Arbeit besch\u00e4ftigt sich mit der Untersuchung fluider Mischungen bei hohen Dr\u00fccken. Beispielhaft werden Arbeiten zu H-Br\u00fcckengleichgewichten von Methanol in \u00fcberkritischem Kohlendioxid vorgestellt, die eine wertvolle, experimentelle Datenbasis zur \u00dcberpr\u00fcfung molekulardynamischer Modelle in der molekularen Simulation liefern. F\u00fcr die meisten Anwendungsbeispiele werden neue Reaktoren und Messapparaturen vorgestellt, die sich besonders f\u00fcr den Einsatz in der Durchfluss-NMR-Spektroskopie eignen. Schliesslich wird kurz auf die Anwendung der NMR-Spektroskopie zur Bestimmung physikalisch chemischer Gr\u00f6ssen eingegangen, wie z. B. zur Bestimmung von Diffusuionskoeffizienten in technischen Mischungen. Erstmals wird der Einsatz der Methode in der Taylor-Dispersionstechnik beschrieben und experimentell belegt.","image":"https:\/\/c4-static.dodax.com\/v2\/180-180-126140107_Axx6Kb-png","url":"https:\/\/www.vergleiche.ch\/unterhaltung\/product\/hochauflosende-online-nmr-spektroskopie-fur-das-reaktions-und-prozessmonitoring-beispiele-zur-anwendung-in-der-verfahrenstechnik\/","min_price":0,"low_price_merchant_id":0,"deeplink":"","ean":9783954041367,"brand":"undefined"}