Blickpunkt


<p>6,1 Mrd. Euro Umsatz erwirtschafteten im Jahr 2010 die deutschen Hersteller von Analysen-, Bio- und Labortechnik nach Angaben des Branchenverbands Spectaris. Das sind 8 % mehr als im Krisenjahr 2009 und fast wieder so viel wie im Jahr 2008 (6,2 Mrd. Euro). Zur Branche in Deutschland zählen etwa 330 Unternehmen mit insgesamt 35 700 Mitarbeitern.</p>


<h2>Wachsender Weltmarkt</h2>
<p>Hauptwachstumstreiber waren die Auslandsumsätze: Bei einer Exportquote von 54 % stiegen sie um 11 % auf 3,3 Mrd. Euro (2008: 3,3 Mrd. Euro). Wichtigster Absatzmarkt für Laborgeräte aus Deutschland ist Europa: Exporte in die EU mit 36 % und in das restliche Europa mit 11 % machen zusammen den größten Teil des Auslandsumsatzes aus. Die zweitwichtigste Region ist Asien mit 26 %, gefolgt von Nordamerika mit 14 %. Nach Lateinamerika gehen zwar nur 4 % der Exporte, der Umsatz in der Region hat aber mit 41 % überdurchschnittlich stark zugenommen.</p>
<p>Weltweit wächst der Markt für Analysen- und Labortechnik: Das Marktvolumen — das US-Research-Unternehmen Strategic Directions International beziffert es mit 40 Mrd. US-Dollar — hat im Jahr 2010 um 7 % zugenommen, nachdem es im Jahr 2009 um 3 % geschrumpft war. Wachstumsmärkte sind vor allem China, Indien und Brasilien. Der Umsatz der 16 internationalen, börsennotierten Unternehmen der Branche steigt seit dem zweiten Quartal 2009 wieder.</p>


<h2>Stabile Inlandsnachfrage</h2>
<p>Das Umsatzwachstum im Inland war mit plus 5 % schwächer als im Ausland, hier war aber auch der Einbruch im Jahr 2009 schwächer (— 6 % statt —10 %). Dies liegt vor allem daran, dass die Branche in Deutschland ein Drittel der Umsätze mit Kunden wie Universitäten, Forschungsinstituten oder staatlichen Untersuchungsämtern erzielt. Diese Nachfrage bleibt auch bei Konjunkturschwankungen stabil. Hauptabnehmer sind neben der öffentlichen Hand Unternehmen aus der Chemie- und Pharma, 15 % des Inlandsumsatzes erwirtschaftet die Analysen- und Labortechnik in Märkten wie Biotechnik und Lebensmittelindustrie; gerade diese Märkte legen international überdurchschnittlich zu.</p>
<p>Der Wert der Inlandsproduktion lag mit 3,5 Mrd. Euro in den ersten drei Quartalen des Jahres 2010 um 9 % über dem des gleichen Zeitraums im Jahr 2009.</p>
<p>Ein Drittel ihres Umsatzes erwirtschaften Gerätehersteller mit Produkten, die jünger als drei Jahre sind. Für F+E wenden die Unternehmen etwa 8 % ihres Umsatzes auf (chemische Industrie: 5 %). In den F+E-Abteilungen arbeiten etwa 15 % der Beschäftigten, davon haben 71 % einen Hochschulabschluss.</p>
<p><b>Frauke Zbikowski</b> ist promovierte Chemikerin und Redakteurin bei den Nachrichten aus der Chemie.</p>


<h2>— — — Die größten Hersteller von Analysen- und Laborgeräten</h2>
<p>Die vorderen Plätze auf der Rangliste der weltweit größten Gerätehersteller des Jahres 2010 belegen US-Unternehmen: An erster Stelle steht Agilent Technologies mit einem Umsatz von 2,7 Mrd. US-Dollar, dicht gefolgt von Life Technologies mit 7 Mio. US-Dollar weniger Umsatz. Dieses Unternehmen ist entstanden aus dem Zusammenschluss von Applied Biosystems und Invitrogen. An dritter Stelle stand 2010 noch Thermo Fisher Scientific mit 2,3 Mrd. US-Dollar. Das Unternehmen hat im Mai 2011 Dionex, die Nummer 20 der weltweit größten Gerätehersteller, für 2,1 Mrd. US-Dollar gekauft. Damit baut Thermo sein Chromatographiegeschäft aus und steht im direktem Wettbewerb mit Shimadzu (Platz 5) und Waters (Platz 6). Aber auch Danaher, die Nummer vier, will sich weiter vergrößern, auf seiner Einkaufsliste steht die Nummer 13, Beckmann Coulter, US-Hersteller von Diagnostik- und Laborautomatisierungssystemen sowie Verbrauchsmaterialien.</p>
<p>Die beiden größten europäischen Unternehmen der Branche sind Roche Diagnostics (Platz 9) und Mettler Toledo (Platz 10), beide aus der Schweiz. Die größten deutschen Gerätehersteller sind Carl Zeiss (Platz 16), Qiagen (Platz 24) und Analytik Jena (Platz 25).</p>
<p>[Quelle: Chem. Eng. News 2001, 89, Nr. 17, 13]</p>



Artikel

Gerätehersteller 2010

6,1 Mrd. Euro Umsatz erwirtschafteten im Jahr 2010 die deutschen Hersteller von Analysen-, Bio- und Labortechnik nach Angaben des Branchenverbands Spectaris. Das sind 8 % mehr als im Krisenjahr 2009 und fast wieder so viel wie im Jahr 2008 (6,2 Mrd. Euro). Zur Branche in Deutschland zählen etwa 3...


<p>Gerüche bestehen in der Regel aus einem Gemisch verschiedener flüchtiger organischer Verbindungen (volatile organic compounds, VOC) [siehe auch Nachr. Chem. 2011, 59, 319]. Aufgrund der Menge der Komponenten und der geringen Kenntnis darüber, wie stark einzelne Komponenten den Geruchssinn des Menschen beeinflussen, versagen klassische Messmethoden, wenn es darum geht, Gerüche zu identifizieren. Gasdetektionssysteme auf Basis halbleitender Metalloxid-Sensoren (MOX-Sensoren) eignen sich wegen der hohen Bandbreite ihres Reaktionsmechanismus und ihrer hohen Empfindlichkeit auf VOCs für solche Aufgaben. Ein neu entwickeltes Gerät, der 3S Odor Checker, detektiert Gerüche und klassifiziert sie entsprechend dem menschlichen Eindruck. Eine Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche und objektive Geruchsmessung ist allerdings eine Korrelation der Sensorsignale mit der Bewertung eines menschlichen sensorischen Panels. Diese Panels bestehen üblicherweise aus sechs bis acht Personen, deren Geruchssinn speziell auf Reproduzierbarkeit geschult ist. Die zu beurteilende Geruchsprobe bewertet nun jeder Panelist anhand einer numerischen Skala. Der Durchschnittswert aus allen Panelteilnehmern wird als Gesamteindruck herangezogen.</p>


<h2>Gasdetektionssysteme entwickeln</h2>
<p>Auf Halbleitergassensoren basierende Gasdetektionssysteme setzen sich aus einem (oder mehreren) Sensorelementen (auch für Hilfsgrößen wie Feuchte), aus einer sensorspezifischen Elektronik und einem digitalen Prozessor zusammen, der die anwendungsspezifischen Signale verarbeitet.</p>
<p>Das Sensorelement besteht aus einer sensitiven Halbleiterschicht, die durch eine thermisch gut leitende Passivierung von einer darunterliegenden Heizschicht (in der Regel ein Platinmäander) elektrisch getrennt ist. Der elektrische Widerstand (oder der Leitwert) der Sensorschicht ist die Messgröße. Über den Heizwiderstand wird die sensitive Schicht auf Arbeitstemperatur gebracht. Dadurch geht der auf der SnO2-Schicht des MOX-Sensors chemisorbierte Luftsauerstoff mit der Gasatmosphäre Redoxreaktionen ein. Je nach Reaktion ändert sich der Sauerstoffbedeckungsgrad, und der der Widerstand des Sensors steigt oder sinkt.</p>
<p>Dieser grundsätzliche Detektionsmechanismus ist unselektiv — er unterscheidet nur zwei Zustände — und liefert daher keine Aussagen über die Beschaffenheit der Atmosphäre und damit über einen Geruch. Abhilfe schafft hier eine besondere Betriebsweise des Sensorelements, bei der die Temperatur der sensitiven Schicht durch Temperaturprofile am Heizer eingestellt wird. Durch diese periodische Temperaturmodulation entstehen zyklische Muster, die als Fingerabdruck für eine bestimmte Gasatmosphäre dienen. Durch Weiterverarbeitung, zum Beispiel durch Normierung und Extraktion verschiedener Formmerkmale aus den Sensor-Rohsignalen lassen sich die Muster formal beschreiben. Eine multivariate Datenanalyse macht diese Muster unterscheidbar. Somit ist es möglich, dass der Sensor eintrainierte Muster erkennt und entsprechenden Gasgemischen oder Gerüchen zuordnet.</p>
<p>Im Gegensatz zu spektral auflösenden Messsystemen arbeitet der Odor Checker auf Basis von Integralsignalen, die alle anwesenden gasförmigen Substanzen erfassen und verschiedene Gerüche bis hin zur Geruchsschwelle detektieren. Die Nachweisgrenze geht dabei, je nach Gemisch und Hintergrund, bis in den unteren ppb-Bereich. Die Messung von Konzentrationen von einzelnen Gasen in einem solchen Gemisch ist nur in Ausnahmefällen möglich.</p>
<p>Wichtige Aspekte bei der Realisierung solcher Systeme sind der grundsätzliche Nachweis der Machbarkeit und ein jeweils anwendungsspezifischer Auswertealgorithmus. Beides erfordert in der Entwicklung ausgiebige Feldtests. Denn zum einen beschreiben Modelle für MOX-Sensoren bislang nur einfache Reaktionen auf der Sensoroberfläche, die komplexe Reaktion von Gasgemischen lässt sich nicht simulieren. Zum anderen sind die Gerüche, die es zu unterscheiden gilt, in der Praxis komplexe Gasgemische, die sich im Labor nur ansatzweise synthetisch generieren lassen. Hinzu kommt die Frage nach der (Re-)Kalibrierung und des Trainings, die von Anfang an in den Entwicklungsprozess einzubinden ist.<sup>1</sup>-<sup>3</sup></p>


<h2>Systemausführung und Vorteile</h2>
<p>Das System (Abbildung 2) ist sowohl in Hard- als auch in Software modular aufgebaut und besteht unter anderem aus einer zentralen Kammer, die automatisch (nicht gezeigt) oder manuell mit dem Prüfling (Abbildung 1) bestückt wird . Zwei Ventile lenken den Gasstrom der Pumpe so, dass dieser einerseits gereinigte Umgebungsluft und andererseits die Kammeratmosphäre zum Sensor führt. Je nach Ventilstellung wird zwischen Akkumulations- und Injektionsphase unterschieden (Abbildung 2). Die zeitliche Dauer dieser Phasen ist wichtiger Bestandteil der Systemparametrierung und damit essenziell für eine Geruchsmessung.</p>
<p>Zusätzliche Module konzentrieren das Gas bei geringen Konzentrationen und homogenisieren das Gemisch speziell für den temperaturmodulierten Betrieb.</p>
<p>Die Auswertung beider Phasen erlaubt eine Differenzauswertung, um mögliche Belastungen des Hintergrunds, die trotz Luftfilterung detektiert werden, zu unterdrücken.</p>
<p>Der Vorteil dieser künstlichen Nase liegt darin, dass die Rekalibrierintervalle mindestens doppelt so lang wie bei herkömmlichen künstlichen Nasen sind und damit die laufenden Betriebskosten sinken. Diese Standzeitverlängerung rührt daher, dass nur auf einen Sensor mit entsprechender Temperaturmodulation anstatt bisher auf ein ganzes Array an unterschiedlichen Sensoren jeweils auf einer festen Temperatur betrieben zurückgegriffen wird und somit die inhärente Drift der verwendeten Sensoren durch entsprechende Algorithmen besser zu unterdrücken ist.</p>
<p>Anders als ein Geruchspanel aus mehreren Teilnehmern detektiert die künstliche Nase Gerüche reproduzierbar und dauerhaft. Dies kann ein Mensch nicht, da Geruchswahrnehmung vom aktuellen Befinden und von vorher aufgenommener Nahrung abhängt und so täglich schwankt. Zudem ist die menschliche Nase binnen weniger Messungen erschöpft und benötigt eine Pause.</p>
<p>Zu den technischen Vorteilen kommt ein Kostenvorteil, da beispielsweise die Anschaffung eines Systems und jährliches Neutrainieren mit einem Panel auf Dauer deutlich günstiger sind als der regelmäßige Einsatz eines Panels.</p>
<p>Allerdings hat der Mensch bei vielen, gerade üblen Gerüchen eine deutlich geringere Wahrnehmungsschwelle als ein Sensor. Hinzu kommt, dass das System beim anfänglichen Training auf die Eindrücke und Bewertungen von Menschen angewiesen ist und so teilweise die Subjektivität des Panels und dessen Schwankungsbreite übernimmt.</p>


<h2>Anwendungen und Ausblick</h2>
<p>Die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems zeigt das Beispiel der Unterscheidung von Zitronen-, Mandel- und Vanillearoma.</p>
<p>In Abbildung 3 (links) zeigt das anregende (und zyklisch wiederholte) Temperaturprofil und die normierten Daten. Dabei wurde auf den Mittelwert des Zyklus normiert, um fertigungsbedingte Schwankungen zu unterdrücken. Die extrahierten Formmerkmale sind Mittelwerte, Steigungen und Krümmungen der normierten Rohsignale. Die Trennung der Aromen Zitrone, Mandel und Vanille ist in Abbildung 3 (rechts) als Ergebnis einer linearen Diskriminanzanalyse als rudimentärem Vertreter eines Verfahrens der multivariaten Datenanalyse dargestellt. Hierbei sind sowohl die Abbildung der Trainingsdaten als auch der eigentlichen Messdaten (Validierungsdaten) in der Diskriminanzebene gezeigt.</p>
<p>Der 3S Odor Checker wird aktuell dazu eingesetzt, Entwicklungsprozesse von Textilien und Deodorants zu optimieren, sowie in der Qualitätskontrolle einer Kunststoffproduktion, um Fehlgerüche von Kunststoffen zu vermeiden.<sup>4</sup></p>
<p> Feldtests finden unter anderem im Automobilbau und bei Schienenfahrzeugen statt, die bislang viel versprechende Ergebnisse liefern.</p>
<p>Zwei Anwendungen im Rahmen von nationalen und internationalen Forschungsprojekten sind einerseits die Erkennung von gesundheitsschädlichen und übelriechenden VOC-Komponenten in Innenräumen, deren Detektion die Grundlage zur Steuerung von Ventilationssystemen bilden soll, und andererseits die Qualitätsbewertung von Backhefen anhand ihres Geruchs.</p>
<p><b>Thorsten Conrad</b> und <b>Thomas Fricke</b> sind geschäftsführende Gesellschafter der 3S GmbH in Saarbrücken und bringen als Elektroingenieure zusammen mit ihrem interdisziplinären Entwicklungsteam und externen Partnern im Anlagenbau das Thema Geruchserkennung in Anwendungen sowohl auf Nischen- als auch Massenmärkten. <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.3S-ing.de" target="_blank">www.3S-ing.de</a></ext-link></p>


<h2>— — — QUERGELESEN</h2>
<p>Die Weiterentwicklung einer künstlichen Nase mit einem Metalloxid-Sensor unterscheidet und detektiert Gerüche stabil und reproduzierbar.</p>
<p>Für den Einsatz in der Praxis muss das Sensorsystem mit dem realen Geruch und einem menschlichen sensorischen Panel trainiert werden.</p>


<h2>— — — Kurz notiert</h2>


<h2>Revision der Trinkwasserverordnung</h2>
<p>Seit Mai gilt eine neue Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2001). Erstmals definiert sie einen Grenzwert für Uran, der sich mit 10 µg·L—1 ausschließlich an der chemischen Toxizität orientiert und damit weltweit der niedrigste ist. Die Regelung gibt außerdem neue Höchstwerte für Cadmium, Sulfat, Trihalogenmethane und die Löslichkeit von Calcit sowie einen höheren pH-Wert für die Nachweispflicht von Kupfer an. Weitere Änderungen betreffen die Nachweismethoden für Acrylamid, Epichlorhydrin und Vinylchlorid und bestimmen neue Kriterien für die Beurteilung von Chemikaliengruppen. Dazu kommen neue Anforderungen an die mikrobiologische Reinheit des Wassers sowie an die Überwachung. Die Trinkwasserverordnung erneuert die Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch aus dem Jahr 2001.</p>


<h2>Atmosphärischen Ammoniak messen</h2>
<p>Wissenschaftler der Pariser Forschungseinheit für Umwelt und Feldkulturen Inra haben einen Analysator entwickelt, der die Konzentration von gasförmigem Ammoniak in der Atmosphäre bestimmt. Der Robust and Sensitive Ammonia Analyzer Rosaa detektiert über Leitfähigkeitsmessungen.</p>
<p><ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.inra.fr" target="_blank">www.inra.fr</a></ext-link></p>
<p><i>Dieter Sorsche</i></p>



<ul>
<li>
<sup>1 </sup>


P. Boeker: 
“<article-title>Elektronische Nasen: das methodische Konzept und seine Problematik</article-title>”, 
<source>Gefahrstoffe — Reinhaltung der Luft, 
(2010), 
<issue>70</issue>, 
Nr. 7/8, 
314–<lpage>320</lpage>.

</li>
<li>
<sup>2 </sup>


A. Schütze: 
“<article-title>Gasmesstechnik mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten — Von der Branderkennung über die Dichtheitsprüfung bis zur objektiven Geruchsmessung</article-title>”, 
<source>Ingenieurspiegel, 
(2010), 
Nr. 3, Public Verlagsgesellschaft und Anzeigenagentur, Bingen, 
S. 60–<lpage>63</lpage>.

</li>
<li>
<sup>3 </sup>

T. Conrad, T. Fricke, P. Reimann, A. Schütze, ”A versatile platform for the efficient development of gas detection systems based on automatic device adaptation” Eurosensors 2006, Göteborg, Schweden, 17. - 20. September 2006.
</li>
<li>
<sup>4 </sup>

S. Horras, T. Fricke, T. Conrad, M. Engel, A. Schütze, “Objective evaluation of smell of sweat for optimal development of shoe/socks systems based on an electronic nose”, ISOEN 2007 (International Symposium on Olfaction and Electronic Noses), St. Petersburg, Russland, 3. — 5. Mai 2007.
</li>
</ul>


Artikel

Gerätehersteller 2010

Wachsender Weltmarkt

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