DD285650A5 - Verfahren fuer die nachfuehrung der verduennung zur einhaltung des messbereichs von detektionssystemen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren fuer die Nachfuehrung der Verduennung zur Einhaltung des Meszbereichs von Detektionssystemen und bezieht sich auf die Nachfuehrung der Verduennung in fluessigen komplexen Medien und ist in der Biotechnologie, Medizin, Landwirtschaft, Wasserwirtschaft und im Umweltschutz anwendbar. Erfindungsgemaesz wird zur Gewaehrleistung einer Konzentration im zu messenden Medium, die im Meszbereich des verwendeten Sensors liegt, bei sich aendernden Parametern des Mediums ausgehend von einer maximalen Verduennung mit Hilfe eines Rechners nacheinander ein stufenweise vermindertes Verduennungsverhaeltnis eingestellt. Dadurch wird erreicht, dasz bei veraenderter Ausgangskonzentration eines zu messenden Mediums, die Meszbereichskonzentration des Sensors automatisch eingehalten wird. Fig. 2{Nachfuehrung; Detektionssystem, fluessig; Bioreaktor; Biotechnologie; Sensor; Verduennung; Rechner}

Description

Q= Σ kx 3¹^ = (OJ) i = 0

eingestellt wird, wobei K den Zustand eines anzusteuernden Stellgliedes repräsentiert, k = 1 „Stellglied offen" und k = 0 „Stellglied geschlossen" bedeuten und a eine ganze Zahl darstellt,

- Änderung des Verdünnungsverhältnisses, bis die Bedingung gemäß Schritt 4 erfüllt ist,

- Ausnutzung der Stellung der Stellglieder zur Bestimmung der Realkonzentration der zu bestimmenden Substanz und Verwendung dieses Wertes zur Prozeßsteuerung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Zahl a = 2 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei sich sprunghaft ändernder Konzentration der zu bestimmenden Stoffkomponente jede Messung mit dem maximalen Verdünnungsverhältnis begonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei kontinuierlicher Änderung der Konzentration des zu bestimmenden Mediums eine zusätzliche Trendabschätzung vorgenommen wird, indem ausgehend von der Signalgröße der vorangegangenen Messungen das voraussichtlich zu erwartende Signal der folgenden Messung bestimmt wird und davon ausgehend das notwendige Verdünnungsverhältnis durch Gradientenbildung eingestellt wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Nachführung der Verdünnung in flüssigen komplexen Medien und ist in der Biotechnologie, Medizin, Landwirtschaft, Wasserwirtschaft und im Umweltschutz anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind Lösungen bekannt, die durch konkret zuordenbare Verdünnungsschritte den Meßbereich von angeschlossenen Detektionssystemen wie Biosensoren, elektrochemische Sensoren, optische Analysen systeme, sicher erreichen. Tritt jedoch eine Änderung der Ausgangskonzentrationt.n auf, muß ein angepaßtes Verdünnungsverhältnis realisiert werden, damit der Meßbereich des angeschlossenen Dotektionssystems sicher erreicht wird. Mit Hilfe von modularen Aufbauten wie z. B. Laborrobotern (Zymate Ii, Zymark Report 5/86) oder Autoanalysatoren (Genesis 21 der Fa. Allied Instrumentation Laboratory, Österreich oder Technicon RA-XT der Fa. Technicon, BRD) bzw. Autosampier (z. B. Fa. Gilson, USA) wird eine diskrete, feste Zuordnung zum Meßbereich möglich, bedingt jedoch immer einen manuollen Eingriff. Diese feste Zuordnung wird entsprechend dem Anwendungsfall durch Nutzung von Pipetten und computergesteuerten Spritzen mit einem Volumen, das sich überwiegend im ml-Bereich bewegt, erreicht, d.h. es liegen generell fest eingestellte, nur durch äußere Eingriffe veränderbare Verdünnungsverhältnisse vor.

Mit dem Ziel einer genauen Konzentrationsbestimmung ist aus der DE-PS 3039126 ein Verfahren zum Verdünnen einer Flüssigprobe bekannt. Dieses Verfahren hat drei Schlauchpumpen und eine Steuereinrichtung zur Regelung des Verhältnisses der Drehgeschwindigkeiten der Pumpen. Mit diesem Verfahren ist es möglich, den Verdünnungsgrad frei zu wählen. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die gewünschte Verdünnungsrate manuell eingestellt werden muß, d. h. daß die Steuereinrichtung mit den Schlauchpumpen nur dazu dient, diesen eingestellten Wert exakt zu realisieren. Parameteränderungen fs Mediums, die eine andere Verdünnung erfordern, können deshalb ebenfalls nur manuell erfaßt und die entsprechende ver_.,derte Verdünnungsrate kann nur manuell neu eingestellt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Konzentrationsbestimmung für ein zu meßendes und sich während eines Prozesses in seinen P. rametern änderndes Medium in Abhängigkeit von der Konzentration des oder der zu messenden Parameter(s) zu entwickeln, das ein sicheres Arbeiten der oder des zugeordneten Detektor(en)s in deren oder dessen günstigsten Meßbereichen gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch präzise meßbererci.sbezogene und im Volumen variable Einstellung der Verdünnung einen durch den jeweiligen Detektor determinierten Meßbereich für alle realen Konzentrationen verfahrensmäßig durch automatische Änderung das Verdünnungsverhältnis so einzustellen, daß dieser Detektor in seinem Arbeitsbereich reproduzierbar arbeiten kann, wodurch z. B. bei der Nutzung von Biosensoren als Detektor zusätzlich das mögliche Auftraten von Memoryeffekten verhindert wirr!

Erfindungsgemäß wird das bei einem Verfahren für die Nachführung der Verdünnung zur Einhaltung des Meßbereichs von Detektionssystemen bei dem eine Probe entnommen und aufbereitet wird, z. B. durch Filtrierung, Entgasung, Temperierung, und bei dem die Meßwertverarbeitung mittels eines Rechners erfolgt, dadurch erreicht, daß folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

1. Vorgabe der maximal möglichen Konzentration des Meßsystems oder des verwendeten Sensors und deren Speicherung in einem ersten Speicherbereich des Rechners,

2. Festlegung der maximalen Konzentration der nachzuweisenden Substanz im Prozeß und deren Speicherung in einem zweiten Speichorbereich dbs Rechners,

3. Vergleich beider Werte durch QuotientenbilJung der Medien- und Sensorkonzentration,

4. Vorgabe einer Signalgröße und eines zugehörigen Toleranzbereiches, die innerhalb des Meßbereichs des Meßsystems oder des Sensors liegen, und Speicherung in einem dritten Speichorbereich des Rechners,

5. Vorgabe und Speicherung des zu erwartenden Signalverlaufs und des daraus resultierenden Meßregimes,

6. Probenahme aus dem Prozeß und Aufbereitung in der genannten bekannten Weise,

7. Bereitstellung eines Volumens an Verdünnungsmedium entsprechend den Schritten 1 bis 3, wobei ausgehend von der maximalen Verdünnung nacheinander das Verdünnungsverhältnis

Q= I kxa',k = {0,1) i = 0

eingestellt wird, wobei K*. den Zustand eines anzusteuernden Stellgliedes repräsentiert, k = 1 .Stellglied offen" und k = 0 .Stellglied geschlossen" bedeuten und a eine ganze Zahl darstellt,

8. Änderung des Verdünnungsverhältnisses, bis die Bedingung gemäß Schritt 4 erfüllt ist,

9. Ausnutzung der Stellung der Stellglieder zur Bestimmung der Realkonzontration der ?.u bestimmenden Substanz und Verwendung dieses Wertes zur Prozeßsteuerwng.

Die ganze Zahl a sollte vorzugsweise 2 sein. Bei sich sprunghaft ändernder Konzentration der zu bestimmenden Stoffkomponente wird jede Messung mit dem maximalen Verdünnungsverhältnis begonnen. Bei kontinuierlicher Änderung der Konzentration des zu bestimmenden Mediums wird eine zusätzliche Trendabschätzung

vorgenommen, indem ausgehend von der Signalgröße der vorangegangenen Messungen das voraussichtlich zu erwartende

Signal der folgenden Messung bestimmt wird und davon ausgehend das notwendige Verdünnungsverhältnis durch Gradientenbildung eingestellt wird. Mit diesem Verfahren ist es erstmalig möglich, bei Parameteränderungen des zu messenden Mediums, Jie eine andere Verdünnung erfordern, die Konzentration automatisch so zu ändern, daß sie weiterhin im Meßbereich des Sensors liegt. Ausfuhrungsbeispiel Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen Fig. 1: die prinzipiellen Vorfal· rensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 2: die detaillierten Verfahrensschritte am Beispiel einer Glukosemessung am Bioreaktor.

Aus einem Prozeß 1, z.B. einem Fermentationsprozeß im Bioreaktor 9, wird unter Zuhilfenahme von Modulen eine separierte und aufbereitete Probe 3 mittels z. B. Grobfilter 10 und Membranfilter 11 der Verdünnungsanordnung 4 zugeführt und im Fall der Glukosemessung in neun Verdünnungsochritten, beginnend mit Q = 1:256, in dualer Verminderungsreihenfolge bis zu Q = 1:1 verdünnt. Dabei fließen einerseits die Kenntnisse über Maximalkonzentrationen von Glukose in Fermentationsprozessen und andererseits die Kenntnisse über den prozeßunabhängigen Meßbereich des Glukosesensors von 0-0,48mM/l ein, die im Rechner β mathematisch miteinander verknüpft werden und somit die Verdünnungsverhältnisse Q₁ festlegen. Ein Transportsystem 7 bestehend aus Dosierpumpen mit FIA-Anordnungen 15 (FIA- Fließinjektionsanalyse) sorgt für den Probentransport der aufgeführten Elemente mit einem Detektor S, der in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Glukosesensor 13 besteht, und gibt nach erfolgter Messung den Abfall an ein Sammelgefäß 8 ab.

Claims (1)

1. Verfahren für die Nachführung der Verdünnung zur Einhaltung des Meßbereichs von Detektionssystemon, bei dem eine Probe entnommen und aufbereitet wird, z. B. durch Filtrierung, Entgasung, Temperierung, und bei dem die Meßwertverarbeitung mittels eines Rechners erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

- Vorgabe der maximal möglichen Konzentration des Meßsystems oder des verwendeten Sensors und deren Speicherung in einem ersten Speicherbereich des Rechners,

- Festlegung der maximalen Konzentration der nachzuweisenden Substanz im Prozeß und deren Speicherung in einem zweiten Speicherbereich des Rechners,

- Vergleich beider Werte durch Quotientenbildung der Medien- und Sensorkonzentration,

- Vorgabe einer Signalgröße und eines zugehörigen Toleranzbereiches, die innerhalb des Meßbereichs des Meßsystems oder des Sensors liegen, und Speicherung in einem dritten Speicherbereich des Rechners,

- Vorgabe und Speicherung des zu erwartenden Signalverlaufs und des daraus resultierenden Meßregimes,

- Probenahme aus dem Prozeß und Aufbereitung in der genannten bekannten Weise,

- Bereitstellung eines Volumens an Verdünnungsmedium entsprechend den Schritten 1 bis 3, wobei ausgehend von der maximalen Verdünnung nacheinander das Verdünnungsverhältnis