DE102004025224B4 - Verfahren und Vorrichtung zur biochemischen Bestimmung von Schwefelwasserstoff - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur biochemischen Bestimmung von Schwefelwasserstoff Download PDF

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Abstract

Verfahren zur selektiven quantitativen Bestiummung von Schwefelwasserstoff aus der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fließsystem ein Biosensor, bestehend aus lebenden chemolithoautotrophen schwefeloxidierenden Mikroorganismen, welche an einem Sauerstoffsensor und/oder einem pH-Sensor immobilisiert sind, eingebracht ist, wobei dieser von einer sauerstoffhaltigen Pufferlösung (17) angeströmt wird, in die zyklisch ein analytangereichertes Absorptionsmittel injiziert wird, das in biochemischer Reaktion mit den Mikroorganismen zu Zustandsänderungen im Sauerstoffverbrauch und/oder dem pH-Wert der Pufferlösung führt, welche detektierbar und auswertbar sind, wobei eine gesteuerte Überführung des Analyten aus der Gas- in die Flüssigphase in der Weise erfolgt, dass innerhalb eines Diffusionsmoduls (6) die analythaltige Gasprobe durch einen Gaskanal (7) gefördert wird, der Analyt eine semipermeable Membran (8) durchdringt und in ein Absorptionsmittel (16), welches einen kongruent angeordneten Flüssigkeitskanal (9) auf der Gegenseite der semipermeablen Membran (8) im Gleich- oder Gegenstrom durchströmt, übergeht, und durch Variation des Volumenstroms der Absorptionsmittelpumpe (14) die resultierende Konzentration des Analyten im Absorptionsmittel...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biochemischen Bestimmung von Schwefelwasserstoff.
  • Schwefelwasserstoff (H2S) ist ein gasförmiger Bestandteil von Abgasen anaerober Bioprozesse, entsteht bei der industriellen Verarbeitung fossiler Brennstoffe sowie in der Synthesechemie. Schwefelwasserstoff besitzt ein hohes Toxizitätspotential. Es gilt als fast ebenso giftig wie Blausäure. Obwohl die menschliche Nase sehr empfindlich auf H2S reagiert (Geruchsschwelle ca. 0,14 ppm, MAK-Wert: 10 ppm), werden die Geruchszellen bei anhaltender Exposition und bei höheren Konzentrationen geschädigt. Das Gas wird dann nicht mehr wahrgenommen. Ausgehend von der Tatsache, dass H2S bereits ab Konzentrationen von 0,035 vol% lebensbedrohliche Zustände hervorruft, sind verlässliche Messmethoden zur Bestimmung von H2S aus der Gasphase mit breiten Anwendungsfeldern in der Raumluft-, Arbeitsplatz- und Umweltüberwachung gefragt. Ebenso werden Analysatoren für die Überwachung von Prozessströmen in der chemischen Industrie und Abfallverwertung benötigt, die auch in hohen Konzentrationsbereichen arbeiten.
  • Für den Personenschutz sind tragbare selbstanzeigende Gaswarngeräte Stand der Technik, die auf elektrochemischen Messprinzipien beruhen. Diese sind auf die gesundheitlich relevanten Messbereiche abgestimmt und arbeiten im allgemeinen zuverlässig. Nasschemische Farbreaktionen durch Bildung von Metallsulfiden (z.B. Bleiacetat) sind ebenfalls traditionelle Nachweisverfahren. Darüber hinaus sind ionensensitive Elektroden, chromatografische und massenspektroskopische Verfahren bekannt.
  • Problematisch beim Umgang mit H2S ist außer des Toxizitätsgrades seine starke Korrosionswirkung auf Metalle, wodurch Messgeräte, Halbleiterelemente, periphere Bestandteile und Gasförderpumpen stark in Mitleidenschaft gezogen werden können. Eine allgemeine Problematik stellen Querempfindlichkeiten zu anderen Gasanalyten dar.
  • Ein Problem von elektrochemischen Sensoren ist der eingeschränkte Messbereich aufgrund des Sättigungsverhaltens der sensitiven Elemente bei hohen Analytkonzentrationen.
  • Zur Detektion von Schwefelwasserstoff sind nur wenige biosensorische Lösungen bekannt, obwohl verschiedene autotrophe Stämme für die H2S-Oxidation in Bio- und Industriegasen technisch genutzt werden (z.B. OPRIME, M.E.A.G., GARCIA, O., CARDOSO, A.A.: Oxidation of H2S in acid solution by Thiobacillus ferrooxidans and Thiobacillus thiooxidans, Process Biochemistry 37 (2001), 111–114).
  • Von einer japanischen Arbeitsgruppe wird die Bestimmung von Sulfid mit dem Bakterium Thiobacillus thiooxidans angeführt (KUROSAWA, H., HIRANA, T., NAKAMURA, K., AMANO, Y.: Microbial sensor for selective determination of sulphide, Appl Microbiol Biotechnol 41 (1994), S.556–559). Der Autor beschreibt Antwortsignale des Stammes auf Natriumsulfidkonzentrationen von 0,02–0,4 mmol/l. Die Mikroorganismen wurden im Sandwichverfahren membranimmobilisiert eingesetzt und es wurden Stabilitäten bis zu 25 Tagen erreicht. Ein Patent beschreibt die mikrobielle Bestimmung von Schwefelwasserstoff mittels Thiobacillus thiooxidans (YOSHIBUMI, A., HIROSHI, K., KAZUO, N., TAKAHIRO, H.: Determining method for hydrogen sulfide, JP08110321). Hierbei handelt es sich allerdings um die Bestimmung von in Flüssigphase gelösten Schwefelwasserstoffs, welcher in einem zusätzlichen Ansäuerungsschritt erst in die Gasphase überführt werden muss und dann eine gaspermeable Membran durchdringt. Erst danach ist eine mikrobielle Oxidation möglich. Der verfügbare Messbereich ist mit 0,02–0,5mmol/l begrenzt.
  • Eine photomikrobielle Elektrode für die Sulfid-Bestimmung beschreibt Matsunaga et. al (Matsunaga, T., Tomoda, R., Matsuda, H.: Photomicrobial electrode for selective determination of sulphide, Appl. Microbiol. Biotechnol. 19, 1984, 404–408). Hierbei wird ein phototrophes Bakterium (Chromatium spec.) eingesetzt, welches unter Lichteinfluss Wasserstoff aus den Sulfidionen erzeugt, welches über eine Wasserstoffelektrode detektiert wird. Die Nachweisgrenze bei diesem Verfahren liegt mit 0,8 mmol/l allerdings zu hoch, um den Anforderungen für den Personenschutz zu genügen.
  • Eine biosensorische Lösung zur Charakterisierung der Stoffwechselleistungen von Mikroorganismen wird in einer Veröffentlichung (WINTER, C., LEIFHEIT, M., TILLI, A., KRÜGER, K., MOHR, K.-H.: Schnelle Charakterisierung mikrobieller Stoffwechselleistungen mittels automatisiertem Biosensor, Chemie Ingenieur Technik 74 (2002), S.1766–1770) beschrieben. Diese Apparatur dient in der beschriebenen Art ausschließlich der Untersuchung der Eigenschaften spezieller Mikroorganismenstämme durch definierte Beprobungsfolgen nach dem Prinzip der sog. Bio-Aktivitäts-Sensorik (siehe auch: HERTEL, T., LEIFHEIT, M.: Bio-Aktivitäts-Sensorik (BAS), in AHLERS, H.: Multisensorikpraxis, Springer Verlag 1997, S. 125–150) mit dem Ziel, geeignete Spezialisten für den biologischen Schadstoffabbau in der Umwelttechnik zu finden. Quantitative Messungen einzelner Analyten nach dem klassischen Biosensorprinzip sind damit nicht vorgesehen und scheitern u.a. an der Unzulänglichkeit, reproduzierbar standardisierte Mikroorganismen in die gegebene Messzelle einzubringen. Die Mikroorganismen werden automatisch in die Messzelle gepumpt und durch Druckfiltration immobilisiert, wodurch zum Teil erhebliche Aktivitätsschwankungen bei den Immobilisaten auftreten.
  • Die Absorption von Schwefelwasserstoff aus Abgasen ist beispielsweise aus der DE 41 29 566 A1 (BURKHARDT, K., SCHMIDT, W., HARTWICH, W., MOOZ, B., SPERHACKE, R.: Absorption von Schwefelwasserstoff aus schwefelkohlenstoff- und schwefelwasserstoffhaltigen Abgasen) bekannt. Die aufgezeigte Lösung bezieht sich auf die selektive Reinigung von schwefelkohlenstoff- und schwefelwasserstoffhaltigen Abgasen bei der Produktion von Viskoseerzeugnissen. Eine Nutzung des Verfahrens in sensorischen bzw. analytischen Anwendungen ist nicht beschrieben.
  • Zur Überführung von Gasen in Flüssigkeiten vor allem in Medizinanwendungen (Sauerstoffanreicherung von Blut) wird ein Membranapparat und ein Verfahren für die Diffusionserhöhung in der DE 1491813 A (CLAFF, C.L., CRESCENZI, A.A., IPPOLITO, P.F.: Als Diffusionsvorrichtung dienender Membranapparat und Verfahren zur Erhöhung der Diffusion) beschrieben.
  • Trotz des beschriebenen Anwendungsrahmens für jegliche Art von Gas-Flüssigkeitsaustausch ist der relativ komplexe Aufbau des Moduls und die Verfahrensführung vor allem für die Blutkonditionierung gedacht. Eine Einbindung in Analyseverfahren wird nicht beschrieben und ist bestenfalls in Verbindung mit hohem technischen Zusatzaufwand denkbar.
  • Eine weiteres dem Stand der Technik zuzuordnendes Verfahren zur Abtrennung gasförmiger Bestandteile, bei dem auch die Absorption von Schwefelwasserstoff in alkalischen Lösungen genannt wird, ist aus der DE 2825788 A1 (MATSON, S.L.: Verfahren zum Abtrennen eines gasförmigen Bestandteiles aus einer Gasmischung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens) bekannt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Analyseverfahren zu realisieren, mit dem Schwefelwasserstoff sehr selektiv und über einen großen Messbereich hinweg quantitativ gemessen werden kann und eine Schädigung der sensitiven Elemente durch die korrosive Wirkung des Analyten minimiert ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst.
  • Entsprechend des Anspruches 1 wird eine hohe Selektivität des Messverfahrens dadurch gewährleistet, dass eine mikrobiologische Rezeptorkomponente als sensitives Element eingesetzt wird und dadurch ein Biosensor entsteht.
  • Die Unteransprüche 2 bis 8 geben bevorzugte Ausführungsformen an, ohne diese zu beschränken.
  • Bei der eingesetzten Biokomponente handelt es sich zweckmäßigerweise um chemolithoautotrophe Bakterien der Gattungen Thiobacillus, Thermothiobacillus oder Thiomonas, vorzugsweise der Spezies Thiobacillus thiooxidans oder Thermothiobacillus tepidarius, welche in der Lage sind, Sulfid als Energiequelle zu oxidieren und dabei eine hohe Substratspezifik und -affinität aufweisen. Der bei der Oxidation des Analyten verbrauchte Sauerstoff kann mittels eines Sauerstoffsensors detektiert und mit der Analytlkonzentration korreliert werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Änderung des pH-Wertes zu detektieren, welcher durch das entstehende Reaktionsprodukt Schwefelsäure abgesenkt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 9 gelöst.
  • Die Unteransprüche 10 bis 13 geben bevorzugte Ausführungsformen an, ohne diese zu beschränken.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen und des Erprobungsbeispiels erläutert.
  • Es zeigen,
  • 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gem. Anspruch 9
  • 2 die Darstellung resultierender Mess-Signale für unterschiedliche Analytkonzentrationen
  • 3 die Darstellung der Messwertkorrelationen.
  • Für den stabilen, schnellen und reproduzierbaren Betrieb beinhaltet die Erfindung die Integration eines Biosensors in ein automatisiertes Fließsystem. Eine vorteilhafte Ausführungsform zeigt 1 . Die Mikroorganismen sind in einer Sensorkapsel 1 unmittelbar am Signalgeber (Transduktor) 3 angebracht. Dies erfolgt zweckmäßigerweise durch Immobilisierung an einer mikroporösen Membran 4, die den Transduktor überspannt. Zur Stabilisierung sind die lebenden Mikroorganismenzellen in eine Polymermatrix, vorzugsweise in Polyvinylalkohol, eingebettet und bilden somit das Mikroorganismen-Immobilisat 2. Als Transduktor wird ein Gelöstsauerstoffsensor, z.B. eine amperometrische Sauerstoffelektrode und/oder ein pH-Sensor, z.B. eine elektrochemische pH-Elektrode eingesetzt. Eine vorteilhafte Ausführung betrifft die Verwendung von fuoreszenzoptischen Sauerstoffsensoren, da diese elektrolytfrei arbeiten und ein Verschleiß aufgrund einer möglichen Anodenvergiftung durch Sulfid, der bei amperometrischen Messverfahren vorkommt, nicht gegeben ist. Ebenso ist der Einsatz optischer pH-Sensoren auf der Basis von farbwechselnden Indikatorfarbstoffen vorteilhafter als verschleißanfällige Elektrodensysteme.
  • Zweckmäßigerweise wird die Sensorkapsel 1 als austauschbare Komponente ausgeführt. Dies ermöglicht eine ökonomische Vorkonfektionierung und deren Einsatz als Verbrauchskomponente in mikrofluidischen Sensorsystemen.
  • Im Fließsystem sorgt die Anströmung der Sensorkapsel 1 mit sauerstoffhaltiger Pufferlösung (Carrier) 17 über die Carrierpumpe 15 zur Aufrechterhaltung physiologischer Bedingungen für das Mikroorganismen-Immobilisat 2 und zur Bereitstellung des Reaktionspartners Sauerstoff.
  • Entsprechend der Erfindung erfolgt die automatische Überführung des Analyten Schwefelwasserstoff aus der gasförmigen Probe in ein flüssiges Absorptionsmittel (Akzeptor) 16. Dies erfolgt innerhalb eines Diffusionsmoduls 6, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei kongruent angeordnete Kanäle eingearbeitet sind, die durch eine semipermeable Membran 8 getrennt werden. Während durch einen Gaskanal 7 die gasförmige H2S-haltige Probe strömt, wird durch den gegenüberliegenden Flüssigkeitskanal 9 das Absorptionsmittel 16 gepumpt. Der Stoffaustausch erfolgt an der semipermeablen Membran 8.
  • Zweckmäßigerweise wird hierfür eine hydrophobe Membran eingesetzt, vorzugsweise aus PTFE mit einer Stärke von < 30 μm und einer Porengröße von < 1 μm.
  • Die erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen den entscheidenden Vorteil auf dass durch genaue Steuerung der Verweilzeit des Absorptionsmittels 16 im Diffusionsmodul 6 der Stoffaustausch beeinflusst werden kann. Dadurch wird eine dynamische Messbereichsanpassung über eine Spanne von mindestens 4 Dekaden ermöglicht. Die Steuergröße für die Festlegung des jeweiligen Messbereiches ist der Volumenstrom der Absorptionsmittelpumpe 14. Der grundlegende Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, dass industrielle Überwachungsaufgaben mit variablen H2S-Gaskonzentrationen, wie sie z.B. beim Monitoring der Ein- und Ausgangsströme bei Biogasanlagen oder Biofiltern auftreten, mit derselben Vorrichtung realisiert werden können.
  • Das Verfahren ist auch für die gesteuerte Überführung anderer gasförmiger Analyten in geeignete Absorptionsmittel für Messzwecke einsetzbar.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Patentanspruch 9 beinhaltet ein automatisiertes Fließsystem.
  • Es weist eine Sensorkapsel 1, vorteilhafterweise als wechselbare Einheit ausgeführt, auf, welche die Mikroorganismen als Immobilisat 2 sowie einen Sauerstoffsensor und/oder einen pH-Sensor als Signalgeber (Transduktor) 3 enthält. Als Mikroorganismen werden lebende Zellen chemolithoautotropher schwefeloxidierender Bakterien, vorzugsweise des Stämme Thiobacillus thiooxidans oder Thermothiobacillus tepidarius, eingesetzt.
  • Die Mikroorganismen werden an einer mikroporösen Membran 4, vorzugsweise ausgeführt als Polyestermembran mit Porendurchmessern < 15 μm, immobilisiert. Die Immobilisierung erfolgt durch Polymer-Einbettung, vorzugsweise in Polyvinylalkohol.
  • Im Betrieb wird das Mikroorganismen-Immobilisat 2 in der Sensorkapsel 1 über die Carrierpumpe 15 permanent mit einer sauerstoffhaltigen Pufferlösung (Carrier) 17 angeströmt, dadurch physiologisch stabilisiert und mit Sauerstoff versorgt.
  • Zeitgleich wird über die Probenpumpe 13 die zu analysierende Gasprobe über ein Filter 18 angesaugt und durch den Gaskanal 7 eines Diffusionsmoduls 6 geleitet und anschließend als Abluft in üblicher Art und Weise an die Umgebung abgegeben.
  • Im Diffusionsmodul 6 ist der Gaskanal 7 über eine semipermeable Membran 8 von einem kongruent gefertigten Flüssigkeitskanal 9 getrennt. Die Membran 8 wird vorzugsweise aus PTFE mit einer Stärke von < 30 μm und einer Porengröße von < 1 μm ausgeführt.
  • Durch den Flüssigkeitskanal 9 wird über die Absorptionsmittelpumpe 14 ein Absorptionsmittel 16 mit definiertem Volumenstrom geleitet. Als Absorptionsmittel 16 dient zweckmäßigerweise eine alkalische Lösung, z.B. Natronlauge mit einer Konzentration von 0,01 bis 1 mol/l. Über die Membran 8 erfolgt der Stoffaustausch und damit eine Anreicherung des Analyten als Sulfid-Ionen und Hydrogensulfid-Ionen im Absorptionsmittel 16.
  • Durch Steuerung des Volumenstromes der Absorptionsmittelpumpe 14 kann die Verweilzeit des Absorptionsmittels 16 im Flüssigkeitskanal 9 exakt eingestellt werden. Dadurch kann der Stoffaustausch limitiert bzw. intensiviert werden, was sich in einer veränderlichen korrespondierenden Flüssigphasenkonzentration äußert. Auf diese Weise ist eine dynamische Messbereichsanpassung ermöglicht.
  • Das mit Analyt angereicherte Absorptionsmittel 16 wird im weiteren durch eine Injektionseinheit 10 gepumpt. Hier wird über zwei Mehrwegeventile 11.1 und 11.2 eine Probenschleife mit definiertem Volumen 12.1 über die Schaltstellung c-d-C-D gefüllt. Überschüssiges Medium tritt aus der Injektionseinheit 10 aus und wird in den Abfall gegeben.
  • 1 zeigt weiterhin eine vorteilhafte Ausführungsform mit zwei identisch ausgeführten Probenschleifen 12.1 und 12.2, die eine wechselseitige Befüllung dieser ermöglicht. Diese Maßnahme ermöglicht eine erhöhte Messfrequenz. Während der Befüllung der Probenschleife 12.1 strömt zeitgleich Pufferlösung (Carrier) 17 über die Schaltstellung a-b-A-B zur Sensorkapsel 1. Ist eine Probenschleife 12.1 oder 12.2 gefüllt, erfolgt ein synchrones Umschalten der Ventile 11.1 und 11.2 in die Stellungen a-d-C-B bzw. c-b-A-D. Dadurch wird das Probenvolumen aus der Probenschleife 12.1 in den Carrierstrom injiziert und zur Sensorkapsel 1 gefördert. Zeitgleich kann nun die Probenschleife 12.2 gefüllt werden.
  • Bei der Anströmung der Sensorkapsel 1 diffundiert Sauerstoff und Analyt durch die mikroporöse Membran 4 zum Mikroorganismen-Immobilisat 2. Die lebenden Zellen im Immobilisat oxidieren das Sulfid und Hydrogensulfid, was über den Signalgeber 3 in Form von Sauerstoffverbrauch und/oder pH-Wert-Absenkung detektierbar wird.
  • Im Messverfahren ergeben sich dadurch Mess-Signale in Form von Peaks entsprechend 2.
    •
  • Erprobungsbeispiel
  • 2 zeigt Mess-Signale des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Anspruch 1 von konditionierten Gasen mit variablen Schwefelwasserstoffkonzentrationen. In Versuch I (Diagramm a)) wurden Konzentrationen im Messbereich I (10–100 ppm H2S) gemessen. Dazu wurde ein Absorptionsmittel-Volumenstrom V1 und damit eine korrespondierende Verweilzeit t1 eingestellt. Die Messfrequenz betrug 20/h. Als Signalgeber wurde eine amperometrische Sauerstoffelektrode eingesetzt. Die Mess-Signale in Form von negativen Sauerstoffzehrpeaks wurden integriert und die Peakflächen gegen die Analytkonzentration aufgetragen (siehe 3, Abschnitt I).
  • Zur Messung höher konzentrierter Gas-Proben wird der Stoffübergang im Diffusionsmodul 6 limitiert.
  • in Versuch 11 (Diagramm b)) wurden Klonzentrationen im Messbereich 2 (100–900 ppm H2S ) gemessen, indem der Absorptionsmittelfluss auf V2 > V1 erhöht und damit die Verweilzeit t2 < t1 verringert wurde.
  • In 3, Abschnitt II, ist die Korrelation der Peakflächen zur Analytkonzentration aufgetragen.
  • Zur Messung niedrig konzentrierter Gas-Proben wird der Stoffübergang im Diffusionsmodul 6 intensiviert. in Versuch III (Diagramm c)) wurden Konzentrationen im Messbereich 3 (1–9 ppm H2S) gemessen, indem der Absorptionsmittelfluss auf V3 < V1 reduziert und damit die Verweilzeit t3 > t1 gesteigert wurde. In 3, Abschnitt III, ist die Korrelation der Peakflächen zur Analytkonzentration aufgetragen.
  • Entsprechend dieser Verfahrensweise kann als wesentlicher Vorteil gegenüber bekannten Systemen ein Gesamt-Messbereich von 0,2 bis 10000 ppm mit derselben Vorrichtung abgedeckt werden. Bei Über- oder Unterschreitung des gültigen Messbereichs erfolgt automatisch eine Messbereichsanpassung durch Wiederholung der Messung mit geändertem Volumenstrom der Absorptionsmittelpumpe 14.
  • Die Sensorpräparate sind für mindestens 100 Tage ohne signifikanten Aktivitätsverlust trocken bei 4°C lagerbar.

Claims (13)

  1. Verfahren zur selektiven quantitativen Bestiummung von Schwefelwasserstoff aus der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Fließsystem ein Biosensor, bestehend aus lebenden chemolithoautotrophen schwefeloxidierenden Mikroorganismen, welche an einem Sauerstoffsensor und/oder einem pH-Sensor immobilisiert sind, eingebracht ist, wobei dieser von einer sauerstoffhaltigen Pufferlösung (17) angeströmt wird, in die zyklisch ein analytangereichertes Absorptionsmittel injiziert wird, das in biochemischer Reaktion mit den Mikroorganismen zu Zustandsänderungen im Sauerstoffverbrauch und/oder dem pH-Wert der Pufferlösung führt, welche detektierbar und auswertbar sind, wobei eine gesteuerte Überführung des Analyten aus der Gas- in die Flüssigphase in der Weise erfolgt, dass innerhalb eines Diffusionsmoduls (6) die analythaltige Gasprobe durch einen Gaskanal (7) gefördert wird, der Analyt eine semipermeable Membran (8) durchdringt und in ein Absorptionsmittel (16), welches einen kongruent angeordneten Flüssigkeitskanal (9) auf der Gegenseite der semipermeablen Membran (8) im Gleich- oder Gegenstrom durchströmt, übergeht, und durch Variation des Volumenstroms der Absorptionsmittelpumpe (14) die resultierende Konzentration des Analyten im Absorptionsmittel (16) aufgrund des veränderlichen Stoffaustausches im Diffusionsmodul (6) dynamisch an den Messbereich einer Messanordnung anpassbar ist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den eingesetzten Mikroorganismen um Bakterien der Gattung Thiobacillus und/oder Thermothiobacillus, vorzugsweise der Spezies Thioabacillus thiooxidans und/oder Thermothiobacillus tepidarius, handelt.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Mikroorganismen an einer mikroporösen Membran (4), immobilisiert in einem Polymer, vorzugsweise in Polyvinylalkohol, gebunden sind.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Absorptionsmittel (16) um eine allkalische Lösung handelt, vorzugsweise Natronlauge mit einer Konzentration zwischen 0,01 und 1 mol/l.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sauerstoffsensor um eine amperometrische Elektrode handelt.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sauerstoffsensor um einen fluoreszenzoptischen Sensor handelt.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem pH-Sensor um eine elektrochemische Elektrode handelt.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem pH-Sensor um ein optisches Messsystem handelt.
  9. Vorrichtung zur selektiven quantitativen Bestimmung von Schwefelwasserstoff aus der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest – aus einem automatisierten Fließsystem mit einer Sensorkapsel (1), welche ein Mikroorganismen-Immobilisat (2) aus lebenden chemolithoautotrophen schwefeloxidierenden Mikroorganismen in enger räumlicher Verbindung mit einem Signalgeber (3) enthält und mit einer Steuer-, Auswerte- und Anzeigeeinheit (5) verbunden ist, – einem Diffusionsmodul (6), welches einen gesteuerten Übergang des Analyten aus der Gasprobe in ein flüssiges Absorptionsmittel (16) ermöglicht und welches so mit einer Injektionseinheit (10) verbunden ist, dass eine oder mehrere Probenschleifen (12) innerhalb der Injektionseinheit (10) befüllbar sind, und – einer Injektionseinheit (10), die eine Injektion des analythaltigen Absorptionsmittels in eine fließende Pufferlösung (17) realisiert und die mit der Sensorkapsel (1) so verbunden ist, dass das Mikroorganismen-Immobilisat (2) damit angeströmt wird, besteht.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese Pumpen zur Förderung der Gasprobe (13) und der Betriebsmedien (14; 15) und ein Filter (18) zur Entfernung von Staub und/oder Flüssigkeitstropfen besitzt.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorkapsel (1) ein auswechselbares Verschleißteil in einem mikrofluidischen Messgerät ist.
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Diffusionsmodul (6) ein Gaskanal (7) von einem Flüssigkeitskanal (9) durch eine semipermeable Membran (8), vorzugsweise mit hydrophoben Eigenschaften, z.B. aus PTFE, mit einer Stärke kleiner 30 μm und einer Porengröße kleiner 1 μm, getrennt ist.
  13. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionseinheit (1) aus zwei Probenschleifen (12.1; 12.2) mit identischen Volumina besteht, die wechselseitig über Mehrwegeventile (11.1; 11.2) zur Befüllung mit analythaltigem Absorptionsmittel sowie zur Injektion in den Pufferstrom geschaltet werden können, so dass über jeweils eine der Probenschleifen durch die Carrierpumpe (15) die Pufferlösung (17) zusammen mit dem Probenschleifeninhalt zur Sensorkapsel (1) transportiert wird, während zeitgleich die jeweils andere Probenschleife über die Absorptionsmittelpumpe (14) mit analytangereichertem Absorptionsmittel befüllbar ist.
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EP2142647B1 (de) * 2007-04-25 2013-09-18 Technische Universität Dresden Ganzzellsensor

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DE2825788A1 (de) * 1977-06-22 1979-01-18 Gen Electric Verfahren zum abtrennen eines gasfoermigen bestandteiles aus einer gasmischung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE4129566A1 (de) * 1991-09-06 1993-03-11 Thueringische Faser Ag Schwarz Absorption von schwefelwasserstoff aus schwefelkohlenstoff- und schwefelwasserstoffhaltigen abgasen

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Internetdokument, Adresse www.springerlink.com, Zusammenfassung zu: KUROSAWA, H. u.a.: Microbial sensor for selective determination of sulphide, Appl. Microbiol. Biotechnol. (1994)41(5)556-559 [recherchiert am 22.02.2005] *
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