DD231573A1

DD231573A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING PARTICLE CONCENTRATION IN LIQUIDS

Info

Publication number: DD231573A1
Application number: DD27139284A
Authority: DD
Inventors: Dieter Beckmann; Hans-Josef Gassmann; Peter Goedecke
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1984-12-21
Filing date: 1984-12-21
Publication date: 1986-01-02

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung der Partikelkonzentration in Fluessigkeiten durch direkte Erfassung der Partikel. Ziel der Erfindung ist es, die Partikelkonzentration in einer Fluessigkeit zu bestimmen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die interessierenden Partikel quasikontinuierlich selektiv zu erfassen. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass eine definierte Flaeche einer duennen Schicht des zu untersuchenden Mediums von einem Lichtstrom durchstrahlt wird, dass der Lichtstrom nach dem Durchtritt durch die zu untersuchende Schicht differentiell, d. h. Punkt fuer Punkt auf ihren fuer die zu untersuchenden Partikel typischen Grau- bzw. Farbwert untersucht wird und dass das Zaehlergebnis auf das Gesamtvolumen des Mediums normiert wird. Die Erfindung ist insbesondere fuer die Messung von Biomassekonzentrationen in Fermentoren geeignet. FigurThe invention relates to the determination of the particle concentration in liquids by direct detection of the particles. The aim of the invention is to determine the particle concentration in a liquid. The invention has for its object to detect the particles of interest quasi-continuous selectively. According to the invention, this is achieved in that a defined surface of a thin layer of the medium to be examined is irradiated by a luminous flux such that the luminous flux after passing through the layer to be examined is differentially, i. H. Point by point is examined on their for the particles to be examined typical gray or color value and that the numerical result is normalized to the total volume of the medium. The invention is particularly suitable for the measurement of biomass concentrations in fermentors. figure

Description

Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Partikelkonzentration in FlüssigkeitenMethod and device for determining the particle concentration in liquids

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung von Biomassekonzentrationen in Permentoren. Sie kann aber auch ganz allgemein für die Messung von Partikelkonzentrationen in Flüssigkeiten angewendet werden.The invention relates to the measurement of biomass concentrations in perforators. However, it can also be used in general for the measurement of particle concentrations in liquids.

Charakteristik der bekannten technischen lösungenCharacteristic of the known technical solutions

Eeben bekannten optischen Verfahren und Anordnungen zur Bestimmung der Partikelkonzentration, bei denen entweder die Intensität des von den Partikeln gestreuten Lichtes oder die Intensität des Lichtes gemessen wird, das eine Schicht der zu untersuchenden Flüssigkeit von definierter Dicke durchdringt, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden (7ΓΡ G 01 U/265 3H 0), bei dem sowohl das Streulicht als auch der Transmissionslichtstrom gemessen wird. Dabei wird vor oder nach der Streulichtmessung eine zweite Messung durchgeführt, bei der gleichzeitig, die Intensität des Transmissionslichtstromes und nochmals die des Streulichtstromes gemessen wird. Zur Gewinnung der Intensität des Transmissionslichtstromes wird die Differenz aus der Intensität des Streulichtstromes und dem Lichtstrom der zweiten Messung und anschließend der Quotient aus der Intensität des Streulichtstromes und des Transmissionslichtstromes gebildet.According to known optical methods and arrangements for determining the particle concentration, in which either the intensity of the light scattered by the particles or the intensity of the light penetrating a layer of the liquid to be examined of defined thickness is measured, a method has been proposed (7ΓΡG 01 U / 265 3H 0), in which both the scattered light and the transmitted light flux are measured. In this case, a second measurement is carried out before or after the scattered light measurement, in which at the same time, the intensity of the transmission luminous flux and, once again, the scattered light flow is measured. To obtain the intensity of the transmission luminous flux, the difference between the intensity of the scattered light stream and the luminous flux of the second measurement and then the quotient of the intensity of the scattered luminous flux and of the transmitted luminous flux is formed.

Bei diesem Verfahren wird sowohl der Einfluß der Fensterver-In this method, both the influence of windowing and

schmutzung als auch, der des ein ge st rah.lt en Licht stromes eliminiert, wodurch auch Lampenhelligkeitsschwankungen und Lampenalterung ohne Einfluß auf das Meßergebnis bleiben.pollution as well as that of the radiated light flux eliminates, whereby even lamp brightness fluctuations and lamp aging without influence on the measurement result remain.

Alle bekannten Verfahren haben den ITaenteil, daß sie nicht selektiv sind hinsichtlich der Art der trübenden bzw. streuenden Partikel, so daß z. B. im Fermentationsmedium oft enthaltene Feststoffteilchen und auch Gasblasen, deren Konzentration und Größe nicht konstant ist, die Messung sehr stören und zu falschen Ergebnissen führen können.All known methods have the ITaenteil that they are not selective with regard to the nature of the clouding or scattering particles, so that z. B. in the fermentation medium often contained solid particles and gas bubbles whose concentration and size is not constant, very disturbing the measurement and can lead to false results.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Partikelkonzentration in einer Flüssigkeit, insbesondere die Biomassekonzentration · genauer zu bestimmen.The aim of the invention is to determine the particle concentration in a liquid, in particular the biomass concentration · more accurately.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die interessierenden Partikel quasikontinuierlich selektiv zu erfassen.The invention has for its object to detect the particles of interest quasi-continuous selectively.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß eine definierte Fläche einer dünnen Schicht des zu untersuchenden Mediums von einem Lichtstrom durchstrahlt wird, daß der Lichtstrom nach dem Durchtritt durch die zu untersuchende Schicht differentie.il, d. h. Punkt für Punkt auf ihren für die zu untersuchenden Partikel, z. B. für Mikroorganismen, typischen Grau- bzw. Farbwert untersucht wird, wobei die untersuchten Punkte in etwa die Größe der Mikroorganismen haben, und Punkte gleichen Grau- bzw. Farbwertes gezählt werden, wobei die Grau- bzw. Farbwerte, die für bestimmte Partikel typisch sind, vorher durch Eichung ermittelt werden, und daß das Zählergebnis auf das Gesamtvolumen des Mediums normiert wird. Die dünne Schicht des zu untersuchenden Mediums wird dadurch erzielt, daß in bestimmten Zeitabständen eine Probe angesaugt und gegen ein Fenster gespritzt wird und der sich beim Herunterlaufen bildende dünne Film als zu untersuchende Schicht dient.According to the invention this is achieved in that a defined surface of a thin layer of the medium to be examined is irradiated by a luminous flux, that the luminous flux after passing through the layer to be examined differentie.il, d. H. Point by point on their for the particles to be examined, z. For example, for microorganisms, typical gray or color value is examined, wherein the examined points have approximately the size of the microorganisms, and points of the same gray or color value are counted, the gray or color values, which are typical for certain particles are previously determined by calibration, and that the count is normalized to the total volume of the medium. The thin layer of the medium to be examined is obtained by sucking a sample at certain time intervals and spraying it against a window, and the thin film forming during the downflow serves as the layer to be examined.

Zur Eichung wird zunächst eine scharfe Abbildung der dünnen Probenschicht auf einem Bildschirm erzeugt. Parallel dazu wird von dem zu untersuchenden Medium ein Präparat hergestellt, von dem mit Hilfe eines Mikroskopes ebenfalls ein Bild erzeugt wird. Durch Vergleich der Bilder werden bestimmte Bezirke als die gesuchten Partikel, z. B. als Mikroorganismen, identifiziert und können definierten Grau- bzv/. Farbwerten zugeordnet werden.For calibration, a sharp image of the thin sample layer is first generated on a screen. Parallel to this, a specimen is prepared from the medium to be examined, by means of which a microscope is also used to generate an image. By comparing the images, certain districts are identified as the searched particles, e.g. B. as microorganisms identified and can be defined Grau- bzv /. Be assigned to color values.

Bine Anordnung zur Bestimmung der Partikelkonzentration in Flüssigkeiten hat eine Kammer, die mit dem Flüssigkeitsbehälter verbunden ist, in dem sich das zu untersuchende Medium befindet. Die Anordnung hat weiterhin ein Fenster mit einer CCD-Matrix, wobei dem Fenster eine Lichtquelle und eine mit dem Flüssigkeitsbehälter verbundene Düse zugeordnet ist, und der CCD-Matrix zur Auswertung der empfangenen Signale ist in an sich bekannter Weise ein Sechner mit der erforderlichen Peripherie zugeordnet.Bine Arrangement for determining the concentration of particles in liquids has a chamber which is connected to the liquid container in which the medium to be examined is located. The arrangement further has a window with a CCD matrix, wherein the window is associated with a light source and a nozzle connected to the liquid container, and the CCD array for evaluating the received signals is associated in a conventional manner with a Sechner with the required periphery ,

Das Verfahren und die Anordnung haben den Vorteil, daß sie selektiv arbeiten und daß deshalb nur die gewünschten Partikel, z. B. Mikroorganismen, erfaßt werden, wodurch die Meßgenauigkeit wesentlich erhöht wird.The method and arrangement have the advantage that they operate selectively and therefore that only the desired particles, e.g. As microorganisms are detected, whereby the measurement accuracy is significantly increased.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung erläutert werden. Die Figur zeigt einen Geber für eine Anordnung zur Bestimmung der Biomassekonzentration in einem Fennentor. Dieser ist als Sonde ausgeführt, die durch einen Tubus im Fermentordeckel teilweise in das Fermentationsmedium eintaucht, so daß in festen Zeitabständen Proben angesaugt werden können.The invention will be explained in an embodiment with reference to a drawing. The figure shows a sensor for an arrangement for determining the biomass concentration in a Fennentor. This is designed as a probe, which partially dips through a tube in Fermentordeckel in the fermentation medium, so that at fixed intervals samples can be sucked.

Der Geber hat eine Kammer 1, die durch eine Membran 2 geteilt wird. Die Kammer 1 hat oberhalb der Membran 2 einen Druckluftanschluß. Die Membran 2 ist mit einer Feder 3 verbunden, die die Membran 2 nach Einwirkung von Druckluft wieder in die Ausgangslage bringt. Der Geber hat eine Düse 4 für dasThe transmitter has a chamber 1 which is divided by a membrane 2 . The chamber 1 has a compressed air connection above the membrane 2. The membrane 2 is connected to a spring 3, which brings the membrane 2 after the action of compressed air back to the starting position. The encoder has a nozzle 4 for the

Aufbringen des zu untersuchenden Mediums auf ein Fenster 5· Dein Fenster ist eine Lichtquelle 6, ein Lichtleitkabel 7 und eine CCD-Hatrix 8 zugeordnet. Der CCD-Matrix 8 ist ein Rechner mit Peripherie zugeordnet, der nicht dargestellt ist.Applying the medium to be examined to a window 5 · Your window is associated with a light source 6, a light guide 7 and a CCD Hatrix 8. The CCD matrix 8 is associated with a computer with peripherals, which is not shown.

Die Proben werden angesaugt, indem zunächst Druckluft in die Kammer 1 eingeleitet wird. Dadurch wird die Membran 2 nach unten durchgebogen. Wird die Kammer 1 dann wieder entlüftet, drückt die Feder 3 die Membran 2 in die Ausgangslage zurück, wobei im Geber ein Unterdruck entsteht. Dadurch wird eine Probe des Mediums angesaugt und durch die Düse 4 gegen das Fenster 5 gespritzt, an dem sie dann herunterläuft . Der sich ausbildende Probenfilm wird mittels der Lichtquelle 6 und dem Lichtleitkabel 7 durchleuchtet. Das hindurchtretende Licht gelangt auf die CCD-Matrix 8, deren lichtempfindliche Elemente (MOS-Kondensatoren) von der Größe her,. (10 ,van. χ 10 /um) mit Bakterien vergleichbar sind. Dadurch ist es möglich, von einem Flächenausschnitt des Probenfilms Momentaufnahmen mit hinreichender Auflösung zu machen. Das Ausgangssignal der CCD-Matrix kann einmal genutzt werden, um die Biomassekonzentration zu errechnen, zum anderen kann aber auch das aufgenommene Bild auf einem Bildschirm abgebildet werden, so daß der Betreiber direkten Einblick in die Vorgänge im Fermentor erhält.The samples are aspirated by first compressed air is introduced into the chamber 1. As a result, the membrane 2 is bent downwards. If the chamber 1 is then vented again, the spring 3 pushes the membrane 2 back into the initial position, whereby a negative pressure is created in the transmitter. As a result, a sample of the medium is sucked and injected through the nozzle 4 against the window 5, where it then runs down. The developing sample film is transilluminated by means of the light source 6 and the light guide cable 7. The transmitted light reaches the CCD matrix 8, the photosensitive elements (MOS capacitors) of the size,. (10 , van χ 10 / um) are comparable to bacteria. This makes it possible to take snapshots of sufficient resolution from a surface patch of the sample film. The output of the CCD matrix can be used once to calculate the biomass concentration, but on the other hand, the recorded image can be displayed on a screen, so that the operator gets a direct insight into the processes in the fermentor.

Claims

invention claim

1. A method for determining the particle concentration in liquids, in particular biomass concentrations, characterized in that a defined area of a thin layer of the medium to be examined is irradiated by a luminous flux, that the luminous flux after passing through the layer to be examined differentie.il, d , H. Point by point on their for the particles to be examined, z. For example, for microorganisms, the typical gray or color value is investigated, the investigated points being approximately the size of the microorganisms.

C. and dots of the same gray or color value are counted, whereby the gray or color values which are typical for certain particles are determined beforehand by calibration, and that the count result is normalized to the total volume of the medium.

2. The method according to item 1, characterized in that the thin layer of the medium to be examined is achieved in that at certain time intervals, a sample is sucked and sprayed against a window and the run-down thin film serves as a layer to be examined.

f- \ 3. Method according to item 1 and 2, characterized in that initially a sharp image of the thin sample layer is created on a screen for verification, that for this purpose a preparation is prepared in parallel from the to be examined medium from which with the aid of a microscope it also creates an image, and that by comparing the images certain districts than the sought particles, z. B. as microorganisms identified and assigned to defined gray or color values.

Arrangement for determining the particle concentration in liquids, characterized in that a chamber (1) is arranged, which is connected to the liquid container in which the medium to be examined is located, that furthermore a window (5) with a CCD matrix (8 ), wherein the window (5) is associated with a light source (β) and connected to the liquid container nozzle (4), and that the CCD matrix (8) for evaluating the received signals in a conventional manner a computer with associated with the required periphery.

For this 1 drawing