Historie der Prozessanalytik

Erste beschriebene Destillationsverfahren

Rathgen-Forschungslabor (1512): Der Wundarzt Hieronymus Brunschwig dokumentiert erstmals detailliert Destillierapparate — früheste Grundlage späterer Trennverfahren.

Der Wundarzt Hieronymus Brunschwig beschreibt in seinem Werk 'Liber de arte Distilandi de Compositis' detailliert den Aufbau von Destillierapparaten und zahlreiche Rezepte für medizinische Tinkturen. Da brauchbare Thermometer erst Mitte des 17. Jahrhunderts erfunden wurden, war das Destillieren zu Brunschwigs Zeiten tatsächlich eine Kunst. Seine Dokumentation gilt als frühe Grundlage späterer Trennverfahren — ein Vorläufer der Chromatographie.

Quelle: GDCh — Historische Stätten der Chemie

Döbereiner entdeckt katalytische Wirkung des Platins

Johann Wolfgang Döbereiner beobachtet in Jena die katalytische Wirkung des Platins auf die Oxidation von Wasserstoff. Diese Entdeckung eröffnet ein neues Forschungsfeld — die heterogene Katalyse — und legt Grundlagen für spätere Prozessreaktionen in der chemischen Industrie.

Quelle: GDCh — Historische Stätten der Chemie, Jena

Erste Laborsynthese von Salicylsäure

Hermann Kolbe und Eduard Lautemann gelingt die erste Laborsynthese von Salicylsäure. Ein frühes Beispiel für die enge Verbindung von analytischer Chemie und industrieller Produktion — die großtechnische Herstellung beginnt bereits 1875 in Radebeul.

Quelle: GDCh — Historische Stätten der Chemie

Rathgen-Forschungslabor Berlin gegründet

Rathgen-Forschungslabor (1888): Ältestes Museumslabor der Welt, gegründet 1888 als Chemisches Labor der Königlichen Museen zu Berlin.

Das Chemische Labor der Königlichen Museen zu Berlin wird gegründet — heute als Rathgen-Forschungslabor bekannt und ältestes Museumslabor der Welt. Sein erster Direktor Friedrich Rathgen war auch an den ersten naturwissenschaftlichen Untersuchungen der Büste der Nofretete beteiligt.

Quelle: GDCh / Staatliche Museen Berlin, 2022

Entwicklung der kommerziellen pH-Glaselektrode

pH-Glaselektrode (1924): Erster praktisch einsetzbarer elektrochemischer Sensor zur potentiometrischen pH-Messung, entwickelt von W.S. Hughes.

Der britische Wissenschaftler W.S. Hughes entwickelt eine praktisch einsetzbare Glaselektrode zur Messung der Wasserstoffionenkonzentration. Bis zu diesem Zeitpunkt waren pH-Messungen im industriellen Umfeld aufgrund der Fragilität und Instabilität der Sensoren kaum reproduzierbar. Hughes' Arbeiten legen die Basis für die Abkehr von ungenauen chemischen Indikatoren hin zur potentiometrischen Messung.

Quelle: Hughes, W.S. (1924). Journal of the American Chemical Society, 46(3), 502-515.

Beckman erfindet das erste kommerzielle pH-Meter

Beckman pH-Meter (1934): Erstes kommerzielles elektronisches pH-Messgerät mit Vakuumröhrenverstärker, entwickelt von Arnold O. Beckman.

Arnold O. Beckman entwickelt ein robustes, tragbares Messgerät zur Bestimmung des Säuregehalts — ursprünglich für die Zitronensaftindustrie in Kalifornien. Durch den Einsatz von Vakuumröhren kann der extrem schwache Signalstrom der Glaselektrode stabil verstärkt werden. Das Gerät, bekannt als 'Acidimeter' oder Beckman Model G, revolutioniert die chemische Analytik.

Quelle: Beckman, A.O. (1936). US Patent 2,058,761: Apparatus for testing acidity.

SICK gegründet — Beginn moderner Sensortechnologie

Erwin Sick gruendet sein Unternehmen mit dem Ziel, Geraete zu entwickeln, die mehr koennen als andere. Was als visionaeres Projekt beginnt, wird zu einem der fuehrenden Sensorhersteller weltweit. 2004 praegt SICK den Claim 'Sensor Intelligence' als Ausdruck fuer die wachsende Intelligenz von Prozesssensoren.

Quelle: SICK AG — 70 Jahre Innovation

Nobelpreis fuer Gaschromatographie — Grundlage des Prozess-GC

Gaschromatographie GLC (1952): Chromatographisches Trennverfahren fuer gasfoemige Gemische, Nobelpreis 1952, Grundlage aller Prozess-Gaschromatographen.

Mit dem Nobelpreis für Chemie 1952 erhält eine Methode ihre verdiente Anerkennung, die die Analytik revolutioniert hat: Martin und Synge werden für die Entwicklung der Verteilungschromatographie ausgezeichnet — einer Technik, die Substanzgemische nach unterschiedlichem Lösungsverhalten auftrennt. Noch im selben Jahr zeigen Martin und James, dass sich dieses Prinzip auf gasförmige Proben übertragen lässt. Damit ist der Weg zur Gaschromatographie geebnet — einem Verfahren das wenige Jahre später direkt in die Prozessanlage wandert.

Quelle: James, A.T. & Martin, A.J.P. (1952). Biochemical Journal, 50(5), 679.

Clark-Zelle — Erste zuverlassige Inline-Sauerstoffmessung

Clark-Zelle (1956): Erster zuverlassiger Inline-Sauerstoffsensor auf Basis einer sauerstoffdurchlassigen Teflon-Membran, entwickelt von Leland C. Clark Jr.

Das Problem der Sauerstoffmessung in Flüssigkeiten war bis Mitte der 1950er Jahre ungelöst: Elektroden vergifteten sich schnell durch andere Substanzen im Medium. Leland C. Clark Jr. löst dieses Problem 1956 mit einem eleganten Konstruktionsprinzip — er trennt die Elektroden durch eine dünne Teflon-Membran vom Messmedium. Sauerstoff kann diese Membran passieren, störende Substanzen nicht. Das Ergebnis ist ein Sensor der erstmals stabile Dauermessungen in komplexen biologischen und chemischen Medien ermöglicht.

Quelle: Clark, L.C. (1956). Transactions of the American Society for Artificial Internal Organs, 2(1), 41-48.

Erster magnetisch-induktiver Durchflussmesser fuer die Industrie

MID (1959): Magnetisch-induktiver Durchflussmesser ohne bewegliche Teile, entwickelt von Krohne — Standard fuer Volumenstrombestimmung in leitfaehigen Fluessigkeiten.

Durchflussmessung galt lange als mechanisch aufwändiges Problem — Flügelräder, Schwebekörper und andere bewegliche Teile verschlissen schnell und verursachten Druckverluste. Krohne bringt 1959 eine Lösung ohne ein einziges bewegliches Teil im Rohr auf den Markt: Der magnetisch-induktive Durchflussmesser nutzt das Faradaysche Induktionsgesetz — eine strömende leitfähige Flüssigkeit im Magnetfeld erzeugt eine messbare Spannung. Kein Verschleiß, kein Druckverlust, keine Verstopfung — ein Prinzip das bis heute in Millionen industrieller Anlagen arbeitet.

Quelle: Bonfig, K.W. (2002). Technische Durchflussmessung. Vulkan-Verlag.

Erstes kommerzielles FT-IR Spektrometer

FT-IR Spektrometer (1968): Erstes kommerzielles Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer mit Echtzeit-Messung innerhalb von Sekunden.

Infrarotspektroskopie war bis Ende der 1960er Jahre ein langsames Verfahren — eine vollständige Messung dauerte bis zu zwanzig Minuten. Den Durchbruch bringt die Verbindung von Interferometrie und Digitaltechnik: Digilab bringt 1968 mit dem FTS-14 das erste kommerziell nutzbare Fourier-Transformations-IR-Spektrometer auf den Markt. Ein Minicomputer errechnet aus dem Interferogramm in Sekunden das vollständige Spektrum. Damit wird Infrarotspektroskopie erstmals schnell genug für die Überwachung dynamischer Prozesse.

Quelle: Griffiths, P.R. & de Haseth, J.A. (2007). Fourier Transform Infrared Spectrometry. Wiley-Interscience.

Erstes industrielles NIR-Spektrometer — Technicon InfraALYZER

NIR-Spektroskopie industriell (1968): Erste kommerzielle Nahinfrarotspektrometer fuer die Industrie, entwickelt von Karl Norris und vermarktet durch Technicon.

Der US-amerikanische Agrarwissenschaftler Karl Norris stellt fest, dass Licht im nahen Infrarotbereich Getreidekörner durchdringen und dabei Informationen über Feuchte und Proteingehalt liefern kann — ohne die Probe zu zerstören. Diese Beobachtung mündet in eine Zusammenarbeit mit Technicon, die 1968 das InfraALYZER-System für die Getreideindustrie auf den Markt bringt. Ein auf den ersten Blick spezialisiertes Agrargerät — aber es markiert den Beginn der industriellen NIR-Spektroskopie die heute zur zentralen PAT-Methode in Pharma, Chemie und Lebensmittelindustrie geworden ist.

Quelle: Norris, K.H. (1964). Agricultural Engineering, 45, 434-438.

Erster Coriolis-Massenstrommesser von Micro Motion

Coriolis-Durchflussmesser (1974): Erster direkter Massenstrommesser fuer industrielle Fluessigkeiten und Gase, basierend auf der Coriolis-Kraft.

Volumenstrom zu messen ist eine Sache — Massestrom zu messen eine ganz andere. Bisherige Durchflussmesser lieferten Volumenwerte, die erst über Dichte und Temperatur in Masseangaben umgerechnet werden mussten. James E. Smith entwickelt mit dem Coriolis-Prinzip einen direkten Weg: Eine strömende Flüssigkeit in einem schwingenden Rohr erzeugt durch die Coriolis-Kraft eine messbare Phasenverschiebung — proportional zur Masse. Das erste kommerzielle Gerät erscheint 1974 unter dem Namen Micro Motion und liefert gleichzeitig Massestrom und Dichte in Echtzeit.

Quelle: Smith, J.E. (1978). US Patent 4,127,028: Method and apparatus for mass flow measurement.

PLS-Regression — Das mathematische Fundament der Chemometrie

PLS-Regression (1976): Mathematisches Verfahren zur Kalibrierung spektroskopischer Daten, entwickelt von Herman Wold — Grundlage der modernen Chemometrie.

Ein NIR-Spektrum enthält Hunderte von Datenpunkten — aber welche davon verraten tatsächlich die gesuchte Konzentration? Herman Wold entwickelt in den 1970er Jahren einen mathematischen Weg durch dieses Datenlabyrinth: Die PLS-Regression (Partial Least Squares) verdichtet viele korrelierte Variablen auf wenige aussagekräftige Faktoren und setzt diese in Beziehung zu bekannten Referenzwerten. Sein Sohn Svante Wold überträgt das Verfahren konsequent auf chemische Messdaten und prägt dafür den Begriff Chemometrie. Ohne diesen Schritt wäre quantitative NIR-Spektroskopie in der Industrie nicht umsetzbar.

Quelle: Wold, H. (1975). Soft modelling by latent variables. Perspectives in Probability and Statistics, 117-142.

ICH Q2(R1) — Globale Validierungsrichtlinie fuer analytische Methoden

Das International Council for Harmonisation (ICH) verabschiedet die harmonisierte Richtlinie zur Validierung analytischer Verfahren. Der Standard definiert global verbindliche Kriterien wie Spezifitaet, Linearitaet, Genauigkeit und Nachweisgrenze. Diese Kriterien muessen fortan fuer jede analytische Methode erbracht werden, die in der Qualitaetskontrolle eingesetzt wird.

Quelle: European Medicines Agency (EMA) / ICH Guideline Q2(R1), 2005.

PASY Burghausen — Erstes deutschsprachiges PAT-Symposium

PASY Burghausen (2002): Erstes deutschsprachiges Prozessanalytik-Symposium, veranstaltet von Wacker-Chemie, das erstmals die vier Kernaufgaben der Prozessanalytik systematisch definierte.

Beim Gastgeber Wacker-Chemie in Burghausen kommen vom 22. bis 24. Oktober 2002 erstmals deutschsprachige Prozessanalytiker zu einem eigenen Symposium zusammen. Das PASY definiert dabei zum ersten Mal systematisch was Prozessanalytik leisten soll: Prozessführung und -optimierung, Arbeitssicherheit, Umweltschutz und transparente Kostenabbildung. Themen aus Hochschulen und Instituten dominieren das Programm — der praktische Erfahrungsaustausch zwischen Anwendern steht noch am Anfang. Der Grundstein für eine wachsende deutschsprachige PAT-Community ist gelegt.

Quelle: GIT Labor-Fachzeitschrift 6/2008, S. 566-567 — basierend auf dem Bericht von Dr. Rainer Didszuhn, Analytic Journal

ICH Q8 — Quality by Design (QbD) wird Standard

ICH Q8 (2005): Internationale Richtlinie die Quality by Design (QbD) als Standard fuer die pharmazeutische Prozessentwicklung etabliert.

Das International Council for Harmonisation (ICH) veroeffentlicht die Richtlinie Q8, die das Konzept des Design Space und des Quality by Design (QbD) im pharmazeutischen Umfeld etabliert. Qualitaet soll nicht mehr nachtraeglich hineingetestet, sondern durch tiefes Prozessverstaendnis von vornherein eingebaut werden. Kurz darauf folgen Q9 (Risikomanagement) und Q10 (Pharmazeutisches Qualitaetssystem).

Quelle: ICH Steering Committee (2005). ICH Guideline Q8: Pharmaceutical Development.

GDCh Arbeitskreis Prozessanalytik gegruendet

GDCh AK PAT (2005): Arbeitskreis Prozessanalytik der Gesellschaft Deutscher Chemiker — das wichtigste deutschsprachige Kompetenznetzwerk fuer PAT.

Im Fruehjahr 2005 wird der Arbeitskreis Prozessanalytik als gemeinsame Initiative der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) und der DECHEMA gegruendet. Ziel ist die Etablierung eines Netzwerks zwischen Industrie, Geraeteherstellern und akademischer Forschung im deutschsprachigen Raum. Der AK PAT richtet seither das jaehrliche Kolloquium Prozessanalytik aus.

Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (gdch.de)

Analytic Journal gegruendet

Analytic Journal (2005): Unabhaengiges Wissensportal fuer Prozessanalytik im deutschsprachigen Raum, gegruendet von Dr. Klaus Didszuhn.

Dr. Klaus Didszuhn gründet das Analytic Journal als unabhängiges Wissensportal für Prozessanalytik im deutschsprachigen Raum. Über zwei Jahrzehnte wächst die Plattform zur umfassenden Referenz für Fachleute, Ingenieure und Laborleiter in der PAT-Community. Seit 2024 wird das Analytic Journal von Dusko Kadijevic weitergeführt und modernisiert.

Quelle: Analytic Journal — analyticjournal.de / analyticjournal.com

EuroPACT Frankfurt — Erste europäische PAT-Konferenz

EuroPACT 2008: Erste europäische Konferenz für Prozessanalytik und Steuerungstechnologie, veranstaltet von DECHEMA in Frankfurt mit 268 Teilnehmern aus ganz Europa.

Sechs Jahre nach dem ersten deutschsprachigen PAT-Symposium in Burghausen trifft sich die europäische Prozessanalytik-Community erstmals gemeinsam in Frankfurt. Die EuroPACT ist eine Initiative nationaler Organisationen aus Großbritannien (CPACT), den Niederlanden (KNCV), Spanien sowie Deutschland (NAMUR AK 3.6, GDCh/DECHEMA, ISPE D/A/Ch). Mit 268 Teilnehmern, 48 Vorträgen, 51 Postern und 20 Ausstellern übersteigt die Resonanz alle Erwartungen. Die Konferenz offenbart dabei unterschiedliche nationale Stärken: Der deutschsprachige Raum bringt analytische Tiefe, Großbritannien und die Niederlande ingenieurwissenschaftliche Pragmatik, Skandinavien und Spanien chemometrische Methoden. Erstmals wird auch der Siemens-Preis für junge Prozessanalytiker europaweit ausgeschrieben — gewonnen von Rosalynne Watt für Inline-Monitoring mit optischen Sensoren.

Quelle: GIT Labor-Fachzeitschrift 6/2008, S. 566-567 — Bericht von Dr. Rainer Didszuhn, Analytic Journal (paraphrasiert)