Lasertechnik Kohlensäuregehalt in Getränkeflaschen zerstörungsfrei bestimmen
Ohne Kohlensäure sind manche Getränke kaum genießbar. Doch von außen sieht man nicht, ob das Getränk in der Flasche bereits schal geworden ist. Auch die Industrie stellt das vor Herausforderungen.
Um den Kohlensäuregehalt in einer Getränkeflasche zu messen, muss bislang meist ein Loch in ihren Deckel gestanzt und etwas Getränk in einen Sensor überführt werden. Flasche und Getränk sind anschließend unbrauchbar. Ingenieure der RUB haben nun gemeinsam mit der Firma Steinfurth Mess-Systeme aus Essen ein neues Messgerät entwickelt, das den Kohlensäuregehalt in Getränkeflaschen bestimmen kann, ohne die Flasche dabei zu öffnen. Es beruht auf der Absorptionsspektroskopie, funktioniert bei beliebigen transparenten Getränkeflaschen und ermöglicht auch Langzeitmessungen. Das Verfahren steht kurz vor der Markteinführung.
Prof. Dr. Andreas Ostendorf und Prof. Dr. Cemal Esen vom Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik beschreiben das Messprinzip gemeinsam mit Markus Grafen und Martin Falkenstein, ehemals an der RUB, heute bei Steinfurth Mess-Systeme, in der Zeitschrift „Chemie Ingenieur Technik“, online veröffentlicht am 8. Oktober 2020.
Laserlicht verrät Kohlensäuregehalt
Der Kohlensäuregehalt lässt sich aus dem Absolutdruck und der Temperatur des Getränks im Behälter berechnen. Für das Verfahren senden die Forscher Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge durch den Gasraum im Flaschenhals und messen, wie viel von diesem Licht auf der gegenüberliegenden Seite der Flasche ankommt. Die Menge des absorbierten Lichts gibt Aufschluss über die Menge an Kohlendioxid und somit den Absolutdruck.
Um Störeinflüsse – beispielsweise durch Kratzer oder Staub auf der Oberfläche – herauszurechnen, wird die Flasche nicht nur einmal vermessen, sondern einige Sekunden lang immer wieder aus verschiedenen Richtungen. Störungen variieren so von Messung zu Messung, während der Einfluss des Inhalts durch die gleichbleibende Dichte an CO2-Molekülen konstant bleibt. Mit einem selbst entwickelten, mittlerweile patentierten mathematischen Ansatz befreien die Forscher das Absorptionsspektrum von den Störeinflüssen; der Absolutdruck kann anschließend einfach aus dem Spektrum abgelesen werden. Die Temperatur des Getränks wird ebenfalls nicht-invasiv gemessen.
