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Aktuelles 15.02.2013

Technologieführer in optischer Messtechnik

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15.02.2013

NIR Spektroskopie und Chemometrie... eine Einführung

NIR (Nahinfrarot) Spektroskopie ist ein optisches Messverfahren, welches sich elektromagnetischer Strahlung bedient. Der Bereich der nahinfraroten Strahlung liegt zwischen dem sichtbaren Licht und dem mittleren infraroten Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 800nm bis 2500nm.

Spektroskopie nutzt die Wechselwirkungen zwischen elektromagnetischer Strahlung und Materie aus, die auftreten, wenn diese Materie entsprechender Strahlung ausgesetzt wird. Bei der NIR Spektroskopie werden die Wechselwirkung, die zwischen elektromagnetischer Strahlung und einem Material (z.B. Holz) im Wellenlängenbereich von 800nm bis 2500nm auftreten, analysiert.

Zur Analyse dieser Wechselwirkungen werden mit chmometrischen Methoden Modelle erstellt, die diese Wechselwirkungen abbilden. Chemometrie ist eine Analysemethode, die mit mathematischen und statistischen Methoden einen Zusammenhang zwischen Messdaten und Referenzdaten herstellt. Um ein Modell zu erstellen, das im späteren Regelbetrieb mit ausreichend hoher Präzision einen Zusammenhang zwischen elektromagnetischer Reflexion und dem zu ermittelnden Parameter herstellt, muss zunächst eine umfangreiche Datenbank mit Refelxionsspektren und Referenzdaten erzeugt werden. Je nach Messgrößen, zu erreichender Messgenauigkeit und Inhomogenität des Messgutes sind für ein ausreichend genaues  und ein gegen Umwelteinflüsse und Materialversionen ausreichend flexibles Modell häufig einige hundert Materialproben notwenig. Im speziellen Fall der Inhaltsstoffmessung in z.B. Holz wird für eine Anzahl von Holzproben der Zusammenhang zwischen den gemessenen Reflexionsspektren im NIR Bereich und den im Labor ermittelten Referenzdaten hergestellt.

Die Reflexion an bestimmten Wellenlängen kann als eine der notwendigen statistischen Größen für z.B. den Wassergehalt herangezogen werden. Weiter wird das  Spektrum einer Art Kurvendiskussion unterzogen und z.B. Maxima, Minima, Wendepunkte und Steigungen untersucht. Unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften der verschiedenen Messspektren wird abschließend ein Modell bzw. eine Funktion ermittelt, die den Zusammenhang zwischen Spektrum und z.B. Wassergehalt abbilden und über die später im Messbetrieb zuverlässig der Wassergehalt, die Mineralikmasse oder andere.


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