Mikroreaktionstechnik für ein schnelles Screening von (Bio-)Katalysatoren und Prozessparametern unter Reaktionsbedingungen

Um die Mikroverfahrenstechnik für ein schnelles Screening von Biokatalysatoren und Prozessparametern nutzbar zu machen, wurde in dieser Arbeit eine online bzw. inline Analytik für diese Art von Systemen etabliert. Mit Hilfe der FT-IR Spektroskopie wurden ort- und zeitaufgelöste Messungen direkt in einem Mikroreaktor durchgeführt. Der Mikrokanal war hierbei sowohl Reaktions- als auch Analysenraum. Für die Entwicklung und Untersuchung des Reaktorkonzepts und die Verknüpfung mit dem FTIR-Messsystem, wurde ein geeignetes Modellsystem ausgewählt.

Zunächst konnte die prinzipielle Machbarkeit von FT-IR Messungen in Mikrokanälen mit dem zur Verfügung stehenden Setup gezeigt werden. Mit Rastermessungen über das gesamte Mikrosystem ließen sich anhand von Intensitätsunterschieden im Messsignal deutlich die Lage der einzelnen Mikrokanäle bestimmen. Nach diesem erfolgreichen proof of concept wurden für das weitere Vorgehen geometrische Parameter und Designvorgaben für den finalen Mikroreaktor festgelegt.

Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass mit einem einzigen Versuchslauf im Mikroreaktor die Reaktionskinetik einer Modellreaktion bestimmt werden kann. Die ermittelten Ergebnisse lassen sich mit den Ergebnissen etablierter Methoden, wie der Messung der Anfangsreaktionsgeschwindigkeit oder Messungen im Satzreaktor vergleichen. Diese hier entwickelte Methode ist deutlich schneller, lässt sich einfach automatisieren und so weiter verbessern. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen damit, nach der erforderlichen Entwicklung und Optimierung des Mikroreaktors und der erfolgreichen Erstellung und Kalibrierung des chemometrischen Modells, signifikant zu einer Reduzierung der Time-to-Market der (bio-)katalytischen Prozessentwicklung bei.