DIN 55673-2017 Paints varnishes and their raw materials - Analysis by near infrared spectrometry - General working principles《涂料、清漆及其原材料 近红外光谱分析 一般工作原理》.pdf

1、April 2017DEUTSCHE NORM Preisgruppe 7DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 87.040; 87.060.01!%bq“2639978www.din.deDIN 55673Beschichtungsstoffe und deren Rohstoffe

2、 Nahinfrarotspektrometrische Analyse Allgemeine ArbeitsgrundlagenPaints, varnishes and their raw materials Analysis by near infrared spectrometry General working principlesPeintures, vernis et leurs matires premires Analyse par infrarouge proche Principes gnraux de travailAlleinverkauf der Normen du

3、rch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinErsatz frDIN 55673:2000-02www.beuth.deGesamtumfang 10 SeitenDDIN-Normenausschuss Beschichtungsstoffe und Beschichtungen (NAB)DIN 55673:2017-04 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich . 5 2 Normative Verweisungen . 5 3 Begriffe 5 4 Einheiten . 5 5

4、Gerte . 5 5.1 Gertebeschreibung . 5 5.1.1 NIR-Spektrometer . 5 5.1.2 Mindestanforderungen an die Funktionsberprfung (Gerteselbsttest) 6 5.2 Probenmesstechniken . 7 5.2.1 Messung in Transmission . 7 5.2.2 Messung in Transflexion . 7 5.2.3 Messung in diffuser Reflexion . 7 6 Spektren-Aufnahme 7 6.1 Al

5、lgemeines . 7 6.2 Messung der Proben . 7 7 Kalibrierung 7 7.1 Allgemeines . 7 7.2 Qualitative Kalibrierung (Identittsprfung/Klassifizierung) 8 7.2.1 Referenzproben . 8 7.2.2 Modellbildung . 8 7.2.3 Validierung 8 7.3 Quantitative Kalibrierung 8 7.3.1 Referenzproben . 8 7.3.2 Modellbildung . 8 7.3.3 V

6、alidierung 9 7.4 Auswertung 9 8 Abweichungen von dem festgelegten Verfahren . 9 Literaturhinweise . 10 DIN 55673:2017-04 3 Vorwort Die Norm DIN 55673 wurde vom Arbeitsausschuss NA 002-00-02 AA Lackrohstoffe“ im DIN-Normen-ausschuss Beschichtungsstoffe und Beschichtungen (NAB) erarbeitet. Es wird auf

7、 die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. nderungen Gegenber DIN 55673:2000-02 wurden folgende nderungen vorgenommen: a) ein Abschnitt Begriffe“ mit

8、 der Verweisung auf DIN EN ISO 4618 wurde aufgenommen; b) die Norm wurde redaktionell berarbeitet und inhaltlich dem aktuellen Stand der NIR-Technik ange-passt; c) die normativen Verweisungen wurden aktualisiert. Frhere Ausgaben DIN 55673: 2000-02 DIN 55673:2017-04 4 Einleitung Die Nahinfrarotspektr

9、ometrie (NIR-Spektrometrie) wird eingesetzt fr die Identittsberprfung, Klassifi-zierung und Quantifizierung von Substanzen und Zubereitungen. Die NIR-Spektren sind zusammengesetzt aus Obertnen und Kombinationsschwingungen im Bereich von 12 500 cm1bis 4 000 cm1(800 nm bis 2 500 nm). Neben der chemisc

10、hen Zusammensetzung der Probe haben auch andere Parameter, wie z. B. Partikelgre, Polymorphismus und die Messtemperatur, Einfluss auf das Spektrum. Eine Auswertung der Spektren ohne chemometrische Verfahren ist meist nicht hinreichend aussagekrftig. Unter Chemometrie wird die Anwendung multivariante

11、r, statistischer Verfahren auf chemisch-analytische Fragestellungen verstanden. DIN 55673:2017-04 5 1 Anwendungsbereich Die Norm legt Leitlinien fr die Nahinfrarotspektrometrie (NIR-Spektrometrie) fr die Prfung von Roh-stoffen, Zwischenprodukten und Fertigprodukten von Lacken, Anstrichstoffen und hn

12、lichen Beschich-tungsstoffen fest. Diese Leitlinien gelten auch fr die Anwendung der NIR-Spektrometrie bei der Prozess-kontrolle, sowohl offline im Labor als auch inline mit Mitteln der Prozessanalysentechnik. Die Norm umfasst die gebruchlichen Arbeitstechniken der Nahinfrarotspektrometrie zur Ident

13、ittsprfung, Klassifizierung und quantitativen Bestimmung der Zusammensetzung und chemisch-physikalischer Parameter. Die Norm legt die Arbeitstechniken fr die nahinfrarotspektrometrische Analyse (NIR-Analyse) fest. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise ode

14、r als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN ISO 4618, Beschichtungs

15、stoffe Begriffe 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN EN ISO 4618. 4 Einheiten Die Einheiten sind in SI-Einheiten und daraus abgeleiteten Einheiten (gesetzliche Einheiten) anzugeben. 4.1 Wellenzahl , gebruchliche Einheit: cm1ANMERKUNG 1 cm1= 102m14.2 Wellenlnge ,

16、gebruchliche Einheit: nm ANMERKUNG 1 nm = 109m 5 Gerte 5.1 Gertebeschreibung 5.1.1 NIR-Spektrometer Als Prfgert dient ein computergesteuertes, qualifiziertes NIR-Spektrometer. Als Beispiel ist im Bild 1 ein Fourier-Transformation-Nahinfrarotspektrometer (FT-NIR-Spektrometer) beschrieben. Andere Gert

17、etypen auf Basis dispersiver Technologien sind grundstzlich als zulssig anzusehen, wenngleich sie Nachteile in Bezug auf die bertragbarkeit von chemometrischen Auswertemodellen haben knnen. DIN 55673:2017-04 6 Legende 1 Strahlungsquelle 8 Lichtleiter 2 Interferometer 9 Sonde 3 Laser 10 NIR-Detektor

18、4 Laserdetektor 11 Signalelektronik 5 Messkanalumschalter 12 Rechner mit Steuer- und Auswertesoftware 6 Probe (Kvette) 13 Probe 7 Strahlteiler Bild 1 Wesentliche Teile eines FT-NIR-Spektrometers 5.1.2 Mindestanforderungen an die Funktionsberprfung (Gerteselbsttest) Das Gert muss entsprechend den Her

19、stellerangaben (z. B. IQ/OQ-Dokumentation, siehe 1) benutzt werden. Die vorgeschriebenen berprfungen mssen in regelmigen Abstnden in Abhngigkeit von Einsatzort und Art der Anwendung durchgefhrt und dokumentiert werden. Die Toleranzen mssen innerhalb der Herstellerspezifikation liegen. Es kann erford

20、erlich sein, das Gesamtsystem bestehend aus Spektrometer, Lichtleiter und Sonde folgenden Prfungen zu unterziehen. Die berprfung der Intensittskurve kann durch mehrere Verfahren erfolgen, z. B. durch eine Leermessung und Vergleich mit im System hinterlegten Referenzkurven oder durch das Vermessen ei

21、nes geeigneten Reflexionsstandards, z. B. Polytetrafluorethen (PTFE). Die berprfung der Wellenlngen- bzw. Wellenzahlprzision erfolgt mit mindestens einem Wellenzahlstandard, welcher charakteristische Absorptions-Maxima besitzt, z. B. Polymethylmeth-acrylat (PMMA), Polystyrol (PS) oder mit im Messsys

22、tem vorhandenen Wasserdampf. Die berprfung des Gerterauschens kann durch mehrere Verfahren erfolgen, z. B. mittels eines Reflexions-Standards, z. B. Polytetrafluorethen (PTFE), bzw. Leermessungen, oder auch durch die Messung entsprechend den spezifischen Herstellervorgaben und durch die Bestimmung d

23、es photometrischen Rauschens. Die berprfung von Software und Algorithmen (Software-Validation) erfolgt soweit erforderlich mithilfe geeigneter Prozeduren entsprechend den spezifischen Herstellerangaben. DIN 55673:2017-04 7 5.2 Probenmesstechniken 5.2.1 Messung in Transmission Messungen an berwiegend

24、 optisch durchlssigen (transparenten) Proben. Die Proben werden entweder mit geeigneten Transmissionstauchsonden bzw. Inline/Durchflussmesszellen ber Lichtleiter oder in an-deren geeigneten Kvetten bzw. Probenhalterungen vermessen. 5.2.2 Messung in Transflexion Messungen an ausreichend optisch durch

25、lssigen (transparenten) Proben sowie an Emulsionen und Dispersionen mithilfe von geeigneten Zusatzeinrichtungen, die eine zu definierende Schichtdicke und eine diffuse Reflexionsflche beinhalten. 5.2.3 Messung in diffuser Reflexion Messungen an reflektierenden Materialien wie Pulvern, Granulaten, Em

26、ulsionen, Dispersionen, entweder durch direktes Eintauchen bzw. Berhren (mit) der Reflexionsfasersonde (Faserbndel) oder durch berh-rungsfreie Messung, z. B. auch durch Glas(-gefe). Bei grobkrnigen, granulatartigen bzw. groflchigen Proben muss whrend der Messung eine ausreichende Probenreprsentanz s

27、ichergestellt sein, z. B. durch Bewegen der Probe. 6 Spektren-Aufnahme 6.1 Allgemeines Die Betriebsbereitschaft des Gertes wird entsprechend den Herstellerangaben sichergestellt und gegebe-nenfalls mit einem regelmig auszulsenden Gertetest auf ordnungsgeme Funktion geprft. Entsprechend den Anforderu

28、ngen wird die Messanordnung durch Aufnehmen eines Leerspektrums/Hin-tergrundspektrums auf Funktion und Sauberkeit geprft. Bei Abweichungen sind geeignete Manahmen nach Herstellerangabe durchzufhren. Gegebenenfalls ist die Messanordnung so lange zu reinigen, bis das Anforderungsprofil fr die jeweilig

29、e Anwendung erfllt ist. Insbesondere bei Inline-Messungen ist eine ausreichende Transmission sicherzustellen. Prfzyklen sind so zu whlen, dass die gestellten Anforderungen erfllt werden. Dies kann ggf. auch durch Vergleichsmessun-gen erfolgen. 6.2 Messung der Proben Die Proben werden mit der in 5.2

30、genannten Messanordnung gemessen. Je nach Anwendung mssen gege-benenfalls mehrere Einzelmessungen vorgenommen werden, um die Wiederholbarkeit der Einzelmessung bzw. Inhomogenitten in der Probe abschtzen zu knnen. Dabei kann z. B. bei Messungen mit einer Sonde diese aus der Probe entfernt, gereinigt

31、und neu eingetaucht werden. 7 Kalibrierung 7.1 Allgemeines Die Kalibrierungssoftware wird entsprechend den Herstellervorgaben durch qualifiziertes Personal zur Er-stellung einer Kalibrierung eingesetzt. Beim Messen der Referenzproben/Kalibrierproben sind grundstzlich die gleichen Bedingungen (Mess-a

32、nordnung, Temperatur usw.) wie bei der nachfolgenden Anwendung einzuhalten. DIN 55673:2017-04 8 Der kalibrierte Konzentrationsbereich muss den erwarteten Messbereich reprsentieren. Die Probenmatrix muss bercksichtigt werden. Wesentliche nderungen der Probe oder des Verfahrens sind ggf. durch eine An

33、passung der chemometri-schen Kalibrierungsmodelle zu bercksichtigen. Abhngig von der Art der Proben bzw. der Anwendung ist die Validierung regelmig zu wiederholen. Kalibrierung und Validierung sind durch geeignete Protokolle zu dokumentieren. 7.2 Qualitative Kalibrierung (Identittsprfung/Klassifizie

34、rung) 7.2.1 Referenzproben Die Basis der Kalibrierung sind die Spektren der Referenzproben, die nach 6.2 aufzunehmen sind. Dabei sind die Referenzproben so zu whlen, dass sie der jeweils zugrundeliegenden Spezifikation entsprechen und alle wesentlichen Varianzen (z. B. Partikelgre, Nebenprodukte, Ve

35、runreinigungen) umfassen. In der Regel sind dazu bei Einzelsubstanzen je Substanz 5 bis 20 unterschiedliche Proben erforderlich. Bei Zubereitungen sind in der Regel erheblich mehr unterschiedliche Proben erforderlich. 7.2.2 Modellbildung Mit den in der Auswertesoftware vorgesehenen chemometrischen V

36、erfahren (z. B. Hauptkomponenten-analyse (PCA, en: principle component analysis) und geeigneter Optimierungsverfahren (z. B. Datenvor-behandlung) wird ein chemometrisches Kalibrierungsmodell errechnet, das alle beteiligten Proben eindeutig richtig identifiziert. 7.2.3 Validierung Mittels eines unabh

37、ngigen Satzes von Validierproben bekannter Identitt wird ein Soll/Ist-Vergleich durchgefhrt, die Vorhersagequalitt der Kalibrierung berprft und statistisch abgesichert. 7.3 Quantitative Kalibrierung 7.3.1 Referenzproben Die Basis der Kalibrierung sind die Spektren der Referenzproben, die nach 6.2 au

38、fzunehmen sind. Dabei sind die Referenzproben so zu whlen, dass sie alle wesentlichen Varianzen (z. B. Nebenprodukte, Verunreinigungen, Partikelgre) umfassen. Die quantitativen Werte fr die zu bestimmenden chemisch-physikalischen Parameter sollten mglichst gleichmig ber den zu analysierenden Bereich

39、 verteilt sein und diesen ggf. nach beiden Richtungen hin berschreiten. Selbst bei einfachen Messaufgaben sind in der Regel mindestens 20 unterschiedliche Proben erforderlich. Bei komplexen Fragestellungen kann sich diese Zahl deutlich erhhen. Bei Mehrkomponentenkalibrierungen ist sicherzustellen, d

40、ass die Referenzproben so gewhlt werden, dass die einzelnen zu untersuchenden Parameter unabhngig voneinander variieren. Die Fehler der Referenzmethode beeinflussen den Vorhersagefehler des chemometrischen Modells. Bei entsprechend groer Probenzahl knnen statistische Fehler in der Referenzanalytik i

41、n der chemometrischen NIR-Kalibrierung erkannt und korrigiert bzw. als Ausreier eliminiert werden. 7.3.2 Modellbildung Mit den in der Auswertesoftware vorgesehenen chemometrischen Verfahren (z. B. PLS, en: partial least square analysis, PCR, en: principle component regression) und geeigneter Optimie

42、rungsverfahren (z. B. DIN 55673:2017-04 9 Datenvorbehandlung) wird ein chemometrisches Kalibrierungsmodell errechnet, das die Parameterwerte aller beteiligten Proben hinreichend gut vorhersagt. Bei der Modellerstellung ist darauf zu achten, dass Wiederholmessungen einer Probe in der Kreuzvalidie-run

43、g entweder vollstndig dem Kalibrierdatensatz oder dem Testdatensatz zugeordnet werden. 7.3.3 Validierung Mittels eines unabhngigen Satzes von mindestens 10 unterschiedlichen Testproben mit bekannten Para-meterwerten wird die Vorhersagequalitt der Kalibrierung berprft und statistisch abgesichert. 7.4

44、 Auswertung Das erhaltene Spektrum kann mittels der Software und ggf. einer zuvor erstellten chemometrischen Kalibrierung ausgewertet werden. 8 Abweichungen von dem festgelegten Verfahren Abweichungen von dem festgelegten Verfahren sind im Prfbericht anzugeben. DIN 55673:2017-04 10 Literaturhinweise 1 HUBER, Ludwig: Validation of Computerized Analytical Systems, Interpharm Press, Inc., 1995 DIN 51451, Prfung von Minerallerzeugnissen und verwandten Produkten Infrarotspektrometrische Analyse Allgemeine Arbeitsgrundlagen European Pharmacopeia, Physical and physiochemical Methods, 1997, S. 43 44