Getreideanalytik Muffelofen-Analytik: Getreidequalität schnell und präzise bestimmen

Anbieter zum Thema

Heuft Systemtechnik GmbH

HARTER GmbH

Ruland Engineering & Consulting GmbH

Konventionelle Muffelöfen mit Heizwendeln sind zeit-, energie- und arbeitsintensiv und bremsen schnelle Freigabeentscheidungen in Produktion und Qualitätskontrolle aus. Ein alternatives Heizprinzip verkürzt Veraschungsprozesse erheblich und vereinfacht das Handling spürbar.

Wer kennt sie nicht? Sie stehen in praktisch jedem Labor. Sie verbrauchen sehr viel Starkstrom. Sie heizen speziell im heißen Sommer das Labor auf unerträgliche Temperaturen. Und sie riechen recht unangenehm, da sie kein Abluftsystem eingebaut haben: die Muffelöfen. Benutzt werden solche Muffelöfen zum Veraschen/Temperieren/Glühen aller Arten von Probenmaterialien. Dabei werden durchaus Temperaturen von bis zu 1200 °C eingestellt.

Unter Veraschungen, Glühverlust und Glührückstandsbestimmung versteht man die thermische Zersetzung kohlenwasserstoffhaltiger Produkte, wobei die anorganischen Bestandteile zurückbleiben. So werden konventionelle Muffelöfen mit Heizwendeln und Heizelementen schon seit langer Zeit für die verschiedensten Veraschungen eingesetzt. Dabei wird eine Probe in einen Tiegel eingewogen, welcher vorher getrocknet bzw. ausgeglüht und tariert wurde. Anschließend wird das Probengut in ebendiesen konvektiv beheizten Muffelofen gegeben, wo es in der Regel etliche Stunden bis zur Gewichtskonstanz verbleibt. Danach wird der Tiegel aus dem Ofen entnommen und zum Abkühlen für gut eine Stunde in einen Exsikkator gegeben, ehe eine Rückwiegung erfolgen kann.

Dieser relativ einfache Prozess ist äußerst arbeits- und zeitintensiv, welches vor allem in der Produktions- und Qualitätskontrolle ein großes Problem darstellt und ein schnelles Zugreifen in laufende Produktionen und Genehmigungsprozesse verhindert. Daraus entstehen nicht selten minderwertige Güter außerhalb der vorgegebenen Spezifikation, und durch die geminderte Produktqualität verringern sich auch die Erlöse des Herstellers. Neben der laufenden Produktion ist eine schnelle Aschegehaltsbestimmung auch bei der Eingangskontrolle von Rohstoffen sowie in der Forschung und Entwicklung von großer Bedeutung.

Das „Ofen-im-Ofen“-Prinzip: Schnellere Ergebnisse durch neue Heiztechnik

Eine schnellere Alternative bietet das Muffelofensystem Phönix Black von CEM. Der Clou ist ein „Ofen-im-Ofen“-Verfahren: Im Edelstahl-Gerätegehäuse, in dem auch der gesamte Elektronikteil, Bildschirm mit deutschsprachiger Bedienersoftware und Funktionstasten untergebracht sind, befindet sich ein luftdurchlässiger Keramik-Isoliereinsatz, die Heizmuffel. In dieser Heizmuffel erhitzt ein patentiertes Siliciumcarbid-Heizelement an den Innenwänden gleichmäßig den Ofenraum. Die Wärmestrahlung ist sehr homogen verteilt und heizt den Probenraum bis auf 1200 °C in wenigen Minuten auf. Diese homogene Wärmeverteilung führt bei den zu veraschenden Proben zu sehr gleichmäßigen Asche-/Glührückstands Ergebnissen. Ein Thermoelement im Heizraum nimmt die Ist-Temperatur auf und regelt die Aufheizung ganz präzise zum Temperatur-Sollwert. Die Abluft kühlt die Heizmuffel von der Außenseite und wird in einem geschlossenen System abgeführt.

Dieses Prinzip hat gegenüber konventionellen Öfen gravierende Vorteile: Durch die geringe Masse des Heizelements und die rasche Aufnahme der eingestrahlten Energie erreicht der Ofenraum schnell die Solltemperatur. Ebenso schnell lassen sich Temperaturschwankungen, z. B. beim Öffnen und Einbringen der Probe, wieder ausregeln. Der hohe Luftdurchsatz ermöglicht durch die luftdurchlässige Isolationskeramik ein schnelles Verbrennen der Probe und sorgt für eine gute Entlüftung des Systems. CEM-Spezialtiegel bieten den Vorteil, dass sie innerhalb von wenigen Sekunden nach der Entnahme aus dem Ofen abkühlen, ohne dabei Feuchtigkeit aufzunehmen. Somit wird ein Überführen in den Exsikkator hinfällig und beschleunigt das Handling des Rückwiegens enorm. Ein Abluft-Rohr wird direkt am Gerät angeschlossen, das damit selbst, wie auch seine Umgebung frei von Ablagerungen bleibt. Die Raumluft und somit auch der Anwender werden nicht belastet (Arbeitsschutz) und die Installation braucht unter keinem Abzug zu erfolgen.

Die menügeführte Software ermöglicht die Vorgabe von Temperatur-/Zeitprofilen mit bis zu acht Stufen, so dass für jede Probe und jede Aufgabenstellung der Veraschungsprozess optimal gesteuert wird. Umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen und Selbstdiagnostik schützen Benutzer beispielsweise vor Verbrennungen der Hände. Für die unterschiedlichen Applikationen steht eine Vielzahl von Zubehör, wie spezielle Veraschungstiegel oder eine Temperatur-Kalibriereinheit für die Prüfmittelüberwachung sowie zur Qualifizierung (IQ/OQ), zur Verfügung.

Die Tabelle zeigt die drastisch reduzierten Veraschungszeiten für eine Vielfalt von Probenmaterialien. Neben den in der Tabelle aufgeführten Materialien können auch alle anderen in konventionellen Muffelöfen eingesetzten Substanzen im Phönix Black bearbeitet werden, z. B. Wurstwaren, Fischprodukte, Zitronensäure, Kaugummi, Milchpulver, Zucker etc.

Praxistest an der Swiss School of Milling: Vom Feuerwehreinsatz zur Lösung

Der Gehalt an Mineralstoffen bzw. der Aschegehalt ist ein wichtiger Kontrollparameter bei der Müllerei-Qualitätskontrolle, um Mahlerzeugnisse gemäß der DIN-Norm 10355 (Mahlerzeugnisse aus Getreide – Anforderungen, Typen und Prüfung) herzustellen. An der Swiss School of Milling in St. Gallen wurde der klassische konventionelle Muffelofen 65 Jahre lang verwendet. Aufgrund baulicher Vorschriften war es nicht möglich, die Abluft der Verbrennung nach außen abzuleiten. Stattdessen wurde eine Abzugshaube verwendet, die den Ruß auffängt und filtert. Mit neuem Filtereinsatz funktionierte sie zunächst gut, ließ aber nach wenigen Einsätzen stark nach. Hinzukommt, dass der Filterwechsel sehr kosten- und zeitaufwendig ist. Und so kam es wie es kommen musste, die schlecht filtrierte Abluft löste die Rauchdetektoren aus und an die Schule kamen schnell zwölf freundliche Kollegen der Berufsfeuerwehr St. Gallen zu Besuch.

Durch Zufall erfuhr die Schulleitung von dem CEM-Ofen Phoenix Black. Innerhalb kürzester Zeit kam der CEM-Kundenberater an die Schule, und wir konnten den Phoenix-Muffelofen in Ruhe ausprobieren und die Ergebnisse vergleichen. Besonders überraschend war der Umstand, dass man die Tiegelbecher 15 Sekunden nach dem man sie aus dem Ofen mit 900 °C entnommen hatte, in der Hand halten konnte. Den Abluftschlauch führen wir über das Fenster nach draußen und unsere Abluftprobleme waren gelöst.

Alle, die mit einem Muffelofen Mehl auf Mineralgehalt analysieren, wissen um den Zeitbedarf dieser Analyse. An der Swiss School of Milling dauerte eine Analyse mit der 900 °C-Methode etwa vier Stunden ohne Einwaage. Mit dem Phönix-Black-Muffelofen dauert die komplette Analyse, einschließlich Wiegen, maximal 60 Minuten. Den Ofen befüllen die Schüler mit acht Mustern, wobei vermutlich geübte Laborantinnen, den Phoenix auch mit mehr Tiegeln befüllen können. Damit hat die Swiss School of Milling eine Alternative zum herkömmlichen Muffelofen gefunden.

(ID:50907865)