CH510880A - Verfahren zum Nachweisen von einzelnen, Protein enthaltenden Teilchen, insbesondere von Bakterien, in einem Luftvolumen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum Nachweisen von einzelnen, Protein enthaltenden Teilchen, insbesondere von Bakterien, in einem Luftvolumen
Das Problem der Luftverschmutzung hat in letzter Zeit die Entwicklung vieler und unterschiedlicher Vorrichtungen zum Nachweis der Luftverschmutzung veranlasst, wobei die Forderung nach einer verbesserten Empfindlichkeit immer grösser wurde. Heutzutage ist es infolge der Möglichkeit der bakteriologischen Kriegführung ausserordentlich wichtig, Mittel anzugeben, mit denen so kleine in der Luft enthaltene Teilchen, wie beispielsweise Bakterien, die ausserdem nur in sehr kleinen Mengen vorhanden sind, wirkungsvoll nachgewiesen werden können. Es ist darum auch sehr wünschenswert, die Anwesenheit einer einzigen Bakterie in einem Luftvolumen nachzuweisen, das billionenmal grösser ist als das Volumen der Bakterie.

  Es war bisher nicht möglich, eine Nachweisvorrichtung mit einer derartigen Empfindlichkeit herzustellen.



   Eines der Mittel zum Nachweis der Anwesenheit von sehr kleinen Teilchen in Luft, das bisher entwickelt worden ist, ist der Kondensationskerndetektor. Ein Kondensationskerndetektor ist eine Vorrichtung, in der Luft, die Teilchen enthalten kann, in eine übersättigte Luftmischung eingeleitet wird. In diesem Zustand werden Wassermoleküle aus der feuchten Luft um einen Kern kondensiert, wobei dieser Kern das nachzuweisende feste Teilchen enthält. Das dabei entstehende Wasserteilchen ist gross genug, um mit Hilfe der Lichtstreuung oder anderer geeigneter Mittel festgestellt zu werden.

  Um als Nachweisgerät für Luftverunreinigung wirksam zu sein, ist es wünschenswert, eine ausserordentlich empfindliche Vorrichtung anzugeben,   d. h.    eine solche, mit der ein einziges in der Luft enthaltenes Teilchen, ungeachtet des Volumens der zu untersuchenden Luft, festgestellt werden kann.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zum Nachweisen von einzelnen, Protein enthaltenden Teilchen, insbesondere von Bakterien in Luft ist gekennzeichnet durch a) die Umwandlung des in den nachzuweisenden Teilchen enthaltenen Proteins mit Hilfe von Wärme in Ammoniakgas, wobei das Ammoniakgas als eine einzelne Gasblase in einem stetigen und laminaren Luftstrom gehalten wird, um das Vermischen des Ammoniakgases kleinstmöglich zu halten, b) das Entfernen aller übrigen festen Teilchen aus dem, das Ammoniakgas enthaltenden Luftstrom, ohne dessen Stetigkeit und Gleichmässigkeit zu stören, c) die Umwandlung der Ammoniak Gasblase in mehrere, einzelne, feste Ammoniumchlorid Teilchen, mit Hilfe von Chlorwasserstoffgas, welche Teilchen zusammengeballt bleiben, d) das Einbringen feuchter Luft in den Luftstrom, welcher die so gebildeten festen Teilchen enthält,

   wobei die Temperatur der feuchten Luft niedriger ist als die des Luftstroms mit den festen Teilchen, so dass sich an den festen Teilchen durch Kondensation Wassertröpfchen bilden, e) den Nachweis der Wassertröpfchen als Indiz für das anfängliche Vorhandensein von Proteine enthaltenden Teilchen in dem Luftvolumen.



   Die Erfindung soll nun mit Hilfe einer Figur an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.



   In der Figur ist eine Vorrichtung zur Illustration des neuen Verfahrens gezeigt, welche die wesentlichen Elemente der Erfindung benützt und mit der eine einzelne Bakterie festgestellt und sichtbar gemacht werden kann.



   Die in der Figur gezeigte Vorrichtung hat einen Lufteinlass 1, durch welchen das zu untersuchende Luftvolumen, das möglicherweise Bakterien enthält, einströmt. Der Luftstrom tritt dann in einen Auffänger 2 ein, welcher eine Platte 3 enthält, die grosse in der Luft enthaltene Teilchen mit grosser Trägheit, beispielsweise Pollen, aufhält und zugleich kleineren Teilchen mit geringer Trägheit ermöglicht, um ihre Kanten herum zu fliessen, wobei sie einem Weg folgen, der durch die   Pfeile angedeutet ist. Der Auffänger 2 ist bekannt, weshalb sich eine genauere Beschreibung seines Aufbaus und der Arbeitsweise für den Fachmann erübrigt. Das die Bakterien enthaltende Luftvolumen tritt dann in ein Pyrolyser-Rohr 4 ein, in dem die Bakterien unter der Wirkung von Wärme in Ammoniakgas umgewandelt werden.

  Die Wärme wird von einem elektrischen Strah   lungsheizer'5    geliefert, der aus irgendeiner konventionellen, nichtgezeigten Energiequelle gespeist wird. Es ist dem Fachmann gut bekannt, dass das Protein der Bakterien, wenn es der Wärme ausgesetzt ist, sich in Ammoniakgas umwandelt. Diese Reaktion wird Pyrolyse genannt, wobei die für den Pyrolyse-Apparat verwendete Wärme von irgendeiner geeigneten Wärmequelle abgegeben werden kann. Die Verwendung von Strahlungswärme bei der besten bisher bekannten Ausführungsform ist bevorzugt.



   Es war gefunden worden, dass die Empfindlichkeit eines Bakteriendetektors so gesteigert werden kann, dass einzelne Bakterien nachgewiesen werden können, wenn der Luftdurchfluss kontinuierlich ist, so dass nach der Pyrolyse keine oder nur eine geringe Vermischung des Ammoniakdampfes mit der Luft eintritt. Wenn dieses erreicht ist, bildet das Ammoniak eine einzelne aus Ammoniakgas bestehende  Blase , die mit Hilfe noch zu beschreibender Mittel nachgewiesen werden kann.



  Aus diesem Grunde ist es notwendig, sicherzustellen, dass der Luftdurchfluss durch die Pyrolyse-Einrichtung kontinuierlich ist, ohne dass Turbulenzen oder andere Vorgänge auftreten, welche eine Durchmischung von Ammoniakgas und Luft hervorrufen können.



   Nach der Pyrolyse wird die die Ammoniakblase enthaltende Luft durch eine Filtereinrichtung, beispielsweise eine dünne poröse Scheibe 6 gefiltert, welche alle festen Teilchen zurückhält, die sich bei der Verbrennung nichtproteinhaltiger Substanzen in der Pyrolyse-Einrichtung gebildet haben. Die Verwendung einer dünnen porösen Scheibe wird keine Vermischung der durchströmenden Luft bewirken, sondern erlaubt den Durchfluss der Ammoniakblase durch die Scheibe in einem laminaren Luftstrom.



   Die gefilterte Luft und die Ammoniakblase treten dann in eine Kammer 7, ein, wo sie einer Gasmischung, bestehend aus gesättigtem Chlorwasserstoff und Wasserdampf ausgesetzt sind, die von einem Behälter 8 zugeliefert werden. Eine Coronaentladung, die zwischen einem Paar Elektroden 9 stattfindet, verwandelt die Ammoniakgasblase in eine Wolke von festen, extrem kleinen Teilchen aus Ammoniumchlorid. Die Umwandlung durch die Verwendung der Coronaentladung war als vorteilhaft befunden worden, obwohl jede Anordnung mit der das   HC1-Gas    mit dem Ammoniakgas zur Bildung von Ammoniumchlorid-Teilchen reagiert, brauchbar ist. Das einzige Kriterium ist, dass die Reaktion die gebildeten   NH4Cl-Teilchen    nicht in unzulässiger Weise dispergiert.

  Darum soll die vorliegende Erfindung auch nicht auf eine spezielle Umwandlungstechnik, wie beispielsweise die Coronaentladung beschränkt sein. Die entstehenden   NH4Cl-Teilchen    sind so klein, dass sie unsichtbar sind und wenn der Durchfluss der Luft richtig gesteuert ist, dispergieren die Teilchen nicht, sondern bleiben zusammen, um eine Art Wolke zu bilden.



   Die gesättigte Luft, die die Wolke der Ammoniumchlorid-Teilchen und den Wasserdampf enthält, tritt dann in einen Kondensationskerndetektor 10 ein, der eine Kammer 11 enthält. in welche Umgebungsluft mit 100   O/o    Feuchtigkeit eingeleitet wird. Da die Temperatur der Umgebungsluft viel tiefer ist, als die aus der Kammer 7 kommende Luft, die während der Pyrolyse Wärme aufgenommen hat, entsteht in der Kammer 11 übersättigte Luft mit mehr als 100   o/o    Feuchtigkeit. Weil diese übersättigte Luft im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei denen die Übersättigung durch eine zyklische Expansion erreicht wird, unter Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Durchflusses erreicht ist, verbleiben die Ammoniumchlorid-Teilchen in der Form eines begrenzten Bündels.

  Unter diesen Bedingungen beginnt Wasserdampf aus der Luft, die jedes der festen Teilchen umgibt, zu kondensieren. Da die einzigen Feststoffe, die in dieser Luftmasse anwesend sind, die Tröfchen der kleinen Ammoniumchlorid-Teilchen sind, kondensiert das Wasser um diese Teilchen, die als Kondensationskerne wirken. Indem die Menge des um die Ammoniumchlorid-Kerne kondensierenden Wassers ansteigt, steigt auch die Grösse der dabei entstehenden Teilchen, bis diese genügend gross sind, dass sie durch irgendeine geeignete Nachweisvorrichtung festgestellt werden können, beispielsweise durch die mit Streulicht arbeitende Messeinrichtung 12.



   Es versteht sich, dass es wünschenswert ist, einen kontinuierlichen und gleichmässigen Durchfluss der Luft während der Umwandlung des Protein in das Ammoniakgas in der Pyrolyseeinrichtung zu gewährleisten.



  Obwohl es vielerlei Möglichkeiten gibt, dieses zu erreichen, sei im folgenden eine solche Einrichtung beschrieben. In dieser wird die die Bakterien enthaltende Luft in der Pyrolysekammer 4 ohne Berücksichtigung der Durchflusseigenschaften der Luft erwärmt, bis diese eine Temperatur erreicht hat, die wenig unter der kritischen Temperatur liegt, bei der das Protein in Ammoniak umgewandelt wird. Bei diesem Punkt wird die Luft durch eine Kammer 13 die einen in der Durchflussrichtung konvergierenden Durchmesser besitzt geleitet, die einen wirbelfreien Luftstrom erzeugt. Sobald dieser erreicht ist, wird die Temperatur der Luft auf die kritische Temperatur bei der sich das Ammoniakgas bildet gesteigert. Auf diese Weise ist zu erwarten, dass das Ammoniakgas in einer Blase mit kleinem Volumen konzentriert bleibt und sich fast nicht mit der Luft vermischt.

 

   Obwohl die Erfindung am Beispiel eines Bakteriendetektors beschrieben ist, versteht sich, dass irgendein festes, in der Luft enthaltenes Teilchen festgestellt werden kann, wenn dieses Protein enthält, das in Ammoniak umgewandelt werden kann, während andere gleichzeitig vorhandene Fremdkörper im festen Zustand verbleiben. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zum Nachweisen von einzelnen, Protein enthaltenden Teilchen, insbesondere von Bakterien, in Luft, gekennzeichnet durch a) die Umwandlung des in den nachzuweisenden Teilchen enthaltenen Proteins mit Hilfe von Wärme in Ammoniakgas, wobei das Ammoniakgas als eine einzelne Gasblase in einem stetigen und laminaren Luftstrom gehalten wird, um das Vermischen des Ammoniakgases kleinstmöglich zu halten, b) das Entfernen aller übrigen festen Teilchen aus dem, das Ammoniakgas enthaltenden Luftstrom, ohne dessen Stetigkeit und Gleichmässigkeit zu stören, c) die Umwandlung der Ammoniak-Gasblase in mehrere, einzelne, feste Ammoniumchlorid-Teilchen mit Hilfe vom Chlorwasserstoffgas, welche Teilchen zusammengeballt bleiben, d) das Einbringen feuchter Luft in den Luftstrom, welcher die so gebildeten festen Teilchen enthält,

   wobei die Temperatur der feuchten Luft niedriger ist als die des Luftstromes mit den festen Teilchen, so dass sich an den festen Teilchen durch Kondensation Wasser tröpfchen bilden, e) den Nachweis der Wassertröpfchen als Indiz für das anfängliche Vorhandensein von Protei ne enthaltenden Teilchen im Luftvolumen.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass a) das zu untersuchende Luftvolumen zur Isolierung von der Umgebungsluft in ein abgegrenztes Volumen eingeleitet und b) durch das abgegrenzte Volumen geleitet wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bildung der festen Ammonium chlorid-Teilchen in den laminaren Luftstrom Chlorwas serstoffgas und Wasserdampf zur Reaktion mit dem ge bildeten Ammoniakgas eingeführt wird.