LABO Oktober 2009 22 FACHBEITRAG dielektrischen Erwärmen (Mikro- wellen-Erwärmung) im Gutinne- ren selbst.
Nahezu alle festen, pastösen und fl üssigen Produkte lassen sich mittels Mikrowellen- strahlung dielektrisch erwärmen.
Bei der Mikrowellen-Trocknung werden die polaren Wassermo- leküle der Probe (Käse, Quark, Harz, Farbe und ähnliches ...) einem fokussierten Mikrowel- lenfeld ausgesetzt, was wieder- um zur Wärmeentwicklung im Inneren der Probe durch intra- molekulare Reibung der Wasser- moleküle führt (Dipolrotation & Ionenleitung).
Bei lösungsmit- telhaltigen Proben, wie Indus- triechemikalien, Kosmetika, La- cke, Kleber, Harze...
werden die Lösungsmittel zur Erwärmung angeregt und verdampfen aus der Probe, bis der Feststoffge- halt vom Mikrowellentrockner ermittelt wird.
Als Fazit für die Trocknung gilt somit: Die Was- ser- bzw.
Lösungsmittelmoleküle der Probe werden in einem Mi- krowellenfeld erwärmt und aus- getrieben [1].
Haushaltsgeräte ungeeignet Wie bereits beschrieben, ist das fokussierte Mikrowellenfeld für eine gleichmäßig präzise Aufwärmung des Probengutes von entscheidender Bedeutung.
Ungleichmäßige Erwärmung der Probe kann zur Folge ha- ben, dass lokale Überhitzungen auftreten, die zur Verbren- nung bzw.
Zersetzung der Probe führen.
So wurde für ei- ne exakte Feuchtebestimmung das Mikrowellen-Analysensys- tem SMART 5TM entwickelt, welches das Mikrowellenfeld gleichmäßig ausbildet und fein zu regeln vermag.
Große Pro- bengüter wie Schalen mit Pas- ten, Körnern oder Flüssigkeiten werden im Mikrowellen-Tro- ckenschrank SAM 255 schnell und präzise getrocknet.
Je hö- her der Gehalt an freiem Was- ser in der Probe ist, desto besser können die Mikrowellenstrah- len „einkoppeln“ und das Was- ser schnell austreiben [2].
Umso deutlicher ist dann auch der Zeitvorteil gegenüber anderen Schnellverfahren, die das Was- ser z.B.
mittels Strahlungswär- me entfernen.
Typische Anwen- dungen fi ndet man daher in der Nahrungsmittelindustrie bei Milch- und Fleisch produkten, Soßen, Mayonnaisen und allen fl üssigen bis pastösen Materi- alien in der chemischen Indus- trie (Farben, Lacke, Klebstoffe, Harze) sowie in der Kosmetik-, Papier- und Farbindustrie [3].
Im SMART 5 wird das Pro- bengut auf ein saugfähiges Probenträgermaterial gege- ben und auf die im Mikrowel- lengerät eingebaute Waage gelegt.
Der Trocknungsverlauf ist direkt an die Erwärmung des Probengutes gekoppelt, so dass hier die Gefahr einer Zer- setzung (z.B.
bei Kohlenhyd- raten) der Probe minimiert ist.
Ein Temperatursensor regelt die Mikrowellenstrahlung und ver- hindert ein Zersetzen der Probe (Bild 4).
Damit kann das SMART auch für sensible Proben, Far- ben und Lacke...
etc.
eingesetzt werden.
Um die gleiche Genauigkeit zu ermöglichen, die nach den DIN-Methoden mit Trocken- schrank und Analysenwaage erreichbar ist, wurde das SMART 5 mit einer integrierten Waage mit einer Aufl ösung von 0,0001 g ausgestattet.
Die- se eingebaute Analysenwaage nimmt ständig das Probenge- wicht auf und sorgt während des Trocknungsvorganges für die Abschaltung bei Gewichts- konstanz nach wenigen Minu- ten Messdauer.
Der entstande- ne Wasserdampf wird über ein Ventilationssystem schnell aus dem Probenraum transportiert.
Zu den Anforderungen ei- ner kurzen Messzeit und einer hohen Präzision kommt in der Praxis zudem die Frage der Vergleichbarkeit mit der „Stan- dardmethode Trockenschrank“ oder der Karl-Fischer-Titration zum Tragen.
Hier zeigen Unter- suchungen, dass mit dem CEM- Mikrowellentrockner vergleich- bare Ergebnisse mit höherer Präzision erzielt werden und diese Technologie deshalb un- eingeschränkt als Verbesserung der Trockenschrankmethode empfohlen wird [4].
Eine drastische Reduzierung der Fehlermöglichkeiten und somit eine Steigerung der Prä- zision erfolgt durch den ho- hen Automatisationsgrad im SMART: Der Anwender gibt die Probe auf die Probenträger und startet den Trocknungsvorgang.
Der Mikrowellentrockner wiegt die Probe, trocknet und wiegt permanent während der Trock- nung zurück, um den Endpunkt zu ermitteln, anschließend wird das Ergebnis berechnet und über den integrierten Bildschirm sowie Drucker ausgegeben.
Praktischer Einsatz in der Schnellanalytik Die Einsatzgebiete sind vielfältig wie Bild 5 zeigt.
In nahezu allen Industriebranchen ergeben sich für den Mikrowellentrockner drastische Zeitersparnisse und somit die Möglichkeit zur Kos- tensenkung.
Der enorme Zeit- vorteil wird beim Vergleich der Trocknungskurven von Latex zur Papierbeschichtung deutlich (Bild 6).
Hier wird eine Ver- gleichsprobe von 2,3 g Latex innerhalb von 90 s im SMART 5 getrocknet, also 100-mal schnel- ler als im Trockenschrank.
Für die Produktion bedeutet dieses:
