DE102015015816A1 - Sensory device for the optical detection of the particle concentration in suspensions of microscopic particles - Google Patents

Sensory device for the optical detection of the particle concentration in suspensions of microscopic particles

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DE102015015816A1
DE102015015816A1 DE201510015816 DE102015015816A DE102015015816A1 DE 102015015816 A1 DE102015015816 A1 DE 102015015816A1 DE 201510015816 DE201510015816 DE 201510015816 DE 102015015816 A DE102015015816 A DE 102015015816A DE 102015015816 A1 DE102015015816 A1 DE 102015015816A1
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light
suspension
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Robert Lehmann
Vincent Rüsike
Lars Bähr
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Lars Bähr
Robert Lehmann
Vincent Rüsike
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Abstract

Es wird eine sensorische Vorrichtung zur optischen Erfassung der Partikelkonzentration in dichten Suspensionen mikroskopischer Partikeln bereitgestellt. There is provided a sensory device for the optical detection of the concentration of particles in dense suspensions of microscopic particles. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle 1, die einen Photonenfluss durch die Suspension auf einer Transmissionsstrecke erzeugt. The apparatus comprises a light source 1 that generates a photon flux through the suspension on a transmission route. Außerdem enthält sie mindestens zwei für die emittierten Photonen empfindliche Photodioden, die an dem Gefäß mit der Suspension so angeordnet sind, dass sie für Teile des emittierten Lichtes erreichbar sind. In addition, it contains at least two sensitive to the emitted photons photodiodes, which are arranged on the vessel with the suspension so that they are reachable for parts of the emitted light. Die Photodioden unterscheiden sich durch ihre unterschiedliche Position zur Lichtquelle und zur Transmissionsstrecke. The photodiodes are distinguished by their different position to the light source and the transmission route. Eine der Photodioden, die Referenz-Photodiode 2, ist so angeordnet, dass das von ihr bei der Aktivierung der Lichtquelle gebildete Referenzsignal der Lichtintensität am Anfang der Transmissionsstrecke proportional ist. One of the photodiodes, the reference photodiode 2 is arranged so that the reference signal of the light intensity at the beginning of the transmission path formed by it for the activation of the light source is proportional. Die sensorische(n) Photodiode(n) 3 ist/sind so angeordnet, dass das von ihr/ihnen bei der Aktivierung der Lichtquelle gebildete sensorische Signal der Lichtintensität am Ende einer definierten Transmissionsstrecke proportional ist. The sensory (n) photodiode (s) 3 is / are arranged so that the sensory signal of the light intensity at the end of a defined transmission path / formed during the activation of the light source of their them is proportional. Zur Erfindung gehören ferner eine elektronische Vorrichtung, welche die Lichtquelle für definierte Zeitintervalle aktiviert und eine elektronische Auswerte-Einheit. For the invention also an electronic device, which activates the light source for defined time intervals, and an electronic evaluation unit belong. Die Auswerte-Einheit zeigt das mit der Partikelkonzentration zunehmende Attenuations-Verhältnis R zwischen dem Referenzsignal und dem im gleichen Zeitintervall erzeugten sensorischen Signal an oder setzt R zur Berechnung eines der Partikelkonzentration proportionalen Parameters ein. The evaluation unit shows that with increasing particle concentration attenuations ratio R between the reference signal and the sensory signal generated in the same time interval or is R a to calculate a proportional parameter of the particle concentration.

Description

  • Eine häufige Aufgabe in der biotechnologischen Forschung und in der Bioprozesstechnik besteht in der Messung der Zelldichte bzw. Biomassekonzentration. A common task of biotechnological research and in the bioprocess is the measurement of the cell density or biomass concentration. Sie wird üblicherweise entweder durch Messung der Lichtschwächung (Attenuation) durch Streulichtverluste oder durch Erfassung von Streulichtsignalen gelöst. It is usually either by measuring the light attenuation (attenuation) achieved by the scattered light loss or by detecting scattered light signals. Die beiden genannten optischen Prinzipien besitzen ein breites Anwendungsgebiet in der Messung der Konzentration von mikroskopischen künstlichen oder natürlichen Feststoffpartikeln. The two said optical principles have broad application in the measurement of the concentration of microscopic artificial or natural solid particles. Zur Erfassung der Streulichtverluste oder Streulichtsignale wird üblicherweise Licht mit Wellenlängen > 600 nm bzw. infrarotes Licht bis zu einer Wellenlänge von 1000 nm eingesetzt, wodurch die absorptiv bedingte Lichtschwächung und damit der Einfluss der Pigmentierung der Partikeln minimiert wird. For detecting the scattered light loss or scattered light signals of light is most commonly used with wavelengths> 600 nm and infrared light up to a wavelength of 1000 nm, whereby the light attenuation caused by absorption and thus the influence of the pigmentation of the particles is minimized. Zur optischen Erfassung des Streulichtes oder der Streulichtverluste in Suspensionen von Cyanobakterien oder Mikroalgen muss die Lichtwellenlänge wegen der Absorption des Lichtes durch Chlorophyll > 730 nm sein. For optical detection of the scattered light or the scattered light losses in suspensions of cyanobacteria or microalgae the wavelength of light must be> 730 nm due to absorption of light by chlorophyll.
  • Häufig ist es wünschenswert, zur Erfassung der Partikelkonzentration externe Sensoren für die Konzentrationsbestimmung in Reaktions- oder Durchflussgefäßen einzusetzen. It is often desirable to use external sensors for determining the concentration in reaction or flow vessels to detect the particle concentration. Mobile externe Sensoren sind beispielsweise für die Messung des Zuwachses der Konzentration von Mikroorganismen oder Zellen während des Wachstumsverlaufes in Kulturgefäßen vorteilhaft. Mobile external sensors are advantageous, for example for the measurement of the increase of the concentration of microorganisms or cells during the course of growth in culture vessels.
  • In neuerer Zeit werden kommerziell erhältliche Geräte zu diesem Zweck eingesetzt, welche die Zellkonzentration nach dem Prinzip der Rückstreuung eines eingestrahlten Lichtimpulses durch eine oder mehrere Photodioden erfassen und einen breiten Bereich der Partikelkonzentration abdecken. More recently commercially available devices are used for this purpose, which detect the cell concentration according to the principle of the backscattering of an incident light pulse by one or more photodiodes, and cover a broad range of particle concentration. Da die Partikelkonzentration durch eine komplexe Analyse mehrerer Streulichtintensitäten berechnet wird, ergibt sich für diese Geräte neben einer gewissen Anfälligkeit gegen Störfaktoren wie die Variation der Gefäßwandstärke und die Lichtbrechung an den Gefäßwänden die Notwendigkeit komplizierte Eichprozeduren. Since the particle concentration is calculated by a complex analysis of multiple scattered light intensities, the need arises for these devices in addition to a certain susceptibility to confounding factors such as the variation of the vessel wall thickness and the refraction of light on the vessel walls complicated calibration procedures.
  • Während das Prinzip der Messung von multiplen Streulichtintensitäten mit externen sensorischen Vorrichtungen ( While the principle of the measurement of multiple scattered light intensities (with external sensory devices US 6573991 B1 US 6573991 B1 , . US 8405033B2 US 8405033B2 , . US 8603772B2 US 8603772B2 ), auch in Kombination mit Durchlichtmessungen ( (), Also in combination with transmitted light measurements US 4193 692 US 4193 692 ) für einen sehr breiten Konzentrationsbereich der lichtstreuenden Partikeln einsetzbar ist, werden gegenwärtig Messungen des Streulichtverlustes bei der Transmission des Lichtes durch eine Suspension zur Konzentrationsmessung mit externen Sensoren nur in dem sehr begrenzten Bereich der Partikelkonzentration, bei dem die optische Dichte stark von der Partikelkonzentration abhängt, durchgeführt. ) Can be used for a very wide concentration range of the light scattering particles are present measurements of the scattered light loss in the transmission of light through a suspension for concentration measurement with external sensors only in the very limited range of particle concentration at which the optical density depends strongly on the particle concentration, carried out. Bei der Photometrie gefärbter Lösungen wird der Terminus optische Dichte (OD) als Synonym für die Extinktion E (den negativen dekadischen Logarithmus der Durchlässigkeit) benutzt. In the photometry of colored solutions, the term is used (the negative logarithm of transmittance) optical density (OD) as a synonym for the extinction E. Bei echten Lösungen eines lichtabsorbierenden Absorbens ist E ein geeignetes Maß für die Konzentration des gelösten Absorbens. In true solutions of a light-absorbing adsorbent E is a suitable measure of the concentration of dissolved absorbent. Sie ist nach dem Lambert-Beerschen Gesetz der Konzentration des Absorbens proportional. It is proportional to the Beer-Lambert law the concentration of the absorbent. Bei Durchlichtmessungen an Partikelsuspensionen ist jedoch E der Partikelkonzentration in der Suspension nur dann proportional, wenn E einen bestimmten Wert unterschreitet, der von der Partikelgröße abhängt (z. B. 0.25 bei einer Partikelgröße von 1–2 μm). In transmitted light measurements of particle suspensions, however, E is the particle concentration in the suspension is only proportional when E falls below a certain value, which depends (z. B. 00:25 at a particle size of 1-2 microns) of the particle size. Bei der Messung des Streulichtverlustes in Partikelsuspensionen mit höherer Konzentration C ist es daher üblich, die Suspension zu verdünnen, um eine normierte optische Dichte (OD*) im Konzentrationsbereich der linearen Beziehung zwischen E und C durch Messung des Streulichtverlustes in einer Durchlichtmessung zu bestimmen ( When measuring the scattered light loss in particle suspensions with a higher concentration of C, it is therefore common practice to dilute the suspension to determine a normalized optical density (OD *) in the concentration range of the linear relationship between E and C by measuring the scattered light loss in a transmitted-light measurement ( ). ). Die hierdurch normierte optische Dichte (OD*) ergibt sich dann als Produkt des Verdünnungsfaktors mit dem Messwert. The thus normalized optical density (OD *) is then obtained as the product of the dilution factor with the measured value. OD* ist der Partikelkonzentration oder Biomassekonzentration auch in sehr dichten Suspensionen proportional. OD * the particle concentration and biomass concentration even in very dense suspensions is proportional. Der Zeitverlauf der OD*-Werte spiegelt das mikrobielle Wachstum wider und kann direkt zur Erfassung der spezifischen Wachstumsrate eingesetzt werden. The time course of OD * values ​​reflects the microbial growth and can be used directly for detection of specific growth rate. OD* kann nach geeigneter Verdünnung unter Standardbedingungen mit einem Photometer auch für sehr konzentrierte Partikelkonzentrationen oder Mikroorganismenkulturen bestimmt werden. OD * can be determined by appropriate dilution under standard conditions with a photometer for very concentrated particle concentrations or microorganism cultures. Allerdings erfordert dies die Entnahme von Proben aus dem Kulturgefäß. However, this requires the collection of samples from the culture vessel. Die in einem Kulturgefäß mit einem externen optischen Sensor gemessene Extinktion ist zur quantitativen Beschreibung des Wachstums nur bedingt geeignet. The measured in a culture vessel with an external optical sensor extinction is only suitable for the quantitative description of growth. Zu ihrer Interpretation muss bei höheren Konzentrationen die nichtlineare Abhängigkeit der Extinktion von der Zelldichte mit Hilfe nichtlinearer Eichkurven berücksichtigt werden. For interpreting the nonlinear dependence of the extinction of the cell density using non-linear calibration curves must be considered at higher concentrations. Dies ist nur in einem sehr begrenzten Messbereich sinnvoll. This makes sense only in a very limited range. Messwerte der Extinktion > 1,5 bringen die Abhängigkeit des Durchlichtsignals von der Konzentration der lichtstreuenden Partikeln nur in einer sehr unbefriedigenden Weise zum Ausdruck, weil die Relativänderung der Extinktion bei einer Relativänderung der Konzentration C, Readings of absorbance> 1.5 bring the dependence of the light signal on the concentration of light scattering particles only in a very unsatisfactory manner expressed as the relative change in absorbance at a relative change in the concentration C, dEC / dCE dEC / DCE , bei hohen Werten von E sehr gering ist. At high values ​​of E is very low. Zur Lösung dieses Problems kann die Transmissionsstrecke bei der Extinktionsmessung stark verkürzt werden ( To solve this problem, the transmission route can be greatly reduced if the extinction ( ), so dass die Beziehrung zwischen E und C auch bei höheren Zelldichten linear verläuft. ) So that the Beziehrung between E and C, even at higher cell densities linear. Allerdings erfordert dies für jedes Kulturgefäß bzw. jeden zu untersuchenden Ansatz ein hydraulisches System, das die Suspension durch die Messzelle strömen lässt. However, this requires, for each culture vessel or each to be examined approach, a hydraulic system that is allowed to flow the suspension through the measuring cell.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer externen sensorischen Vorrichtung auf der Grundlage der Lichtschwächung (Attenuation) durch Streulichtverluste zur Messung der Konzentration suspendierter mikroskopischer Partikeln in abgeschlossenen Gefäßen, beispielsweise von Mikroorganismen in geschüttelten oder gerührten Kulturgefäßen. The object of the invention is to provide an external sensory device on the basis of light attenuation (attenuation) by stray light losses for measuring the concentration of suspended microscopic particles in closed vessels, for example, of microorganisms in shaken or stirred culture vessels. Die externe sensorische Vorrichtung soll eine Messung der Partikelkonzentrationen bis zu OD*-Werten von 80 ohne Entnahme von Proben oder Verdünnung auf einer relativ langen Transmissionsstrecke von beispielsweise 10 bis 20 mm ermöglichen und damit in der biotechnologischen Forschung und Bioprozesstechnik breit einsetzbar sein. The external sensory device is to enable, and a measurement of particle concentrations up to OD * values ​​of 80 without sampling or dilution to a relatively long transmission distance, for example 10 to 20 mm in order to be broadly applicable in the biotechnological research and Biochemical Engineering. Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine sensorische Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. The object of the invention is achieved by a sensory device according to Claim. 1 In den Unteransprüchen werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. In the subclaims, advantageous embodiments of the invention are illustrated.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ( The device of the invention ( 1 1 ) umfasst eine Lichtquelle ) Includes a light source 1 1 , die einen Photonenfluss auf einer Transmissionsstrecke durch die Suspension erzeugt, sowie mindestens zwei für die emittierten Photonen empfindliche Photodioden That generates a photon flux on a transmission path through the suspension, and at least two sensitive to the emitted photons photodiodes 2 2 und and 3 3 . , Letztere sind an dem die Suspension enthaltenden Gefäß so angeordnet, dass sie für Teile des emittierten Lichtes erreichbar sind, sich aber durch ihre Position zur Lichtquelle und zur Transmissionsstrecke unterscheiden. The latter are secured to the vessel containing the suspension arranged such that they are reachable for parts of the emitted light, but differ by their position relative to the light source and to the transmission route. Eine der Photodioden, die Referenz-Photodiode One of the photodiodes reference photodiode 2 2 , erzeugt ein Referenzsignal, welches der Intensität des von der Lichtquelle emittierten Lichtes am Anfang der Transmissionsstrecke proportional ist, während das/die durch die sensorische(n) Photodiode(n) erzeugte/n Signal/e der Intensität des emittierten Lichtes am Ende einer definierten Transmissionsstrecke proportional ist/sind. , Generates a reference signal, which is the intensity of light emitted from the light source proportionally at the beginning of the transmission path, while the / by the sensory (n) photodiode (s) created / n signal / e of the intensity of the emitted light at the end of a defined transmission range is proportional / are. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner eine elektronische Vorrichtung, welche die Lichtquelle für definierte Zeitintervalle aktiviert und eine elektronische Auswerte-Einheit. The inventive device further comprises an electronic device, which activates the light source for defined time intervals, and an electronic evaluation unit. Letztere zeigt das mit der Partikelkonzentration zunehmende Attenuations-Verhältnis The latter shows that with the increasing particle concentration attenuations ratio R = A / B R = A / B zwischen dem durch Aktivierung der Lichtquelle in einer Referenz-Photodiode erzeugten Signal A und dem im gleichen Zeitintervall in einer sensorischen Photodiode erzeugten Signal B an und/oder setzt dieses Signal zur Berechnung der Partikelkonzentration ein. between the signal generated by activation of the light source in a reference photodiode signal A and the signal B generated in the same time interval in a sensory photodiode and / or uses this signal to calculate the particle concentration.
  • Das Referenzsignal wird gebildet, wenn die Lichtquelle für ein kurzes Zeitintervall aktiv ist. The reference signal is formed when the light source for a short time interval is active. Zu seiner Erfassung wird ein Teil des von der Lichtquelle ausgehenden Photonenflusses von der Lichtquelle auf die Referenzphotodiode gelenkt, während ein anderer Teil des gleichen Photonenflusses über eine Transmissionsstecke definierter Länge durch die Suspension auf die sensorische Photozelle gelenkt wird. To its detection part of light emanating from the light source photon flux from the light source is directed to the reference photodiode, while another part of the same photon flux defined via a transmission plug length is directed through the suspension to the sensory photocell. Die Photonen, die von der Referenzphotozelle erfasst werden, nehmen einen Referenzweg, der nicht durch die Suspension oder nur auf einer vergleichsweis kurzen Strecke durch die Suspension führt. The photons detected by the reference photoelectric cell to take a reference path that does not pass through the suspension or to only a comparatively short distance looking through the suspension. Das Referenzsignal entspricht nicht dem bei Photometern üblichen Blindwert, der den Photonenfluss auf der Transmissionsstrecke im partikelfreien transparenten Suspensionsmedium widerspiegelt. The reference signal does not correspond to the usual photometers blank value, which reflects the flux of photons on the transmission path in the particle-free transparent suspending medium. Es repräsentiert lediglich einen Anteil der von der Lichtquelle emittierten Photonen, welcher nicht oder in vergleichsweise geringerem Maße als der für das sensorische Signal verantwortliche Anteil von der Partikelkonzentration abhängt. It only represents a portion of the emitted photons from the light source which is not dependent on or as the responsible for the sensory signal component of the particle concentration in relatively lesser degree.
  • Durch die elektronische Auswerteinheit wird aus den Signalen A und B das Attenuationsverhältnis By the electronic evaluation unit is from the signals A and B, the Attenuationsverhältnis R = A / B R = A / B gebildet. educated. Wird R durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gebildet, ist seine Größe von Variationen in der Stärke der Lichtquelle sowie von Photonen, die nicht von der Lichtquelle stammen, unabhängig. R is constituted by a device according to the invention, is its size variations in the intensity of the light source as well as of photons that do not originate from the light source, independently. Der Wert R kann daher mit Hilfe von empfindlichen Photodioden auch bei hohen Partikelkonzentrationen sehr genau ermittelt werden, selbst wenn die Lichtintensität am Ende der Transmissionsstrecke einen sehr kleinen Wert erreicht, der zwei bis drei Größenordnungen unter der Lichtintensität am Anfang der Transmissionsstrecke liegt. The value of R can therefore be determined with the aid of sensitive photodiodes even at high particle concentrations very accurately even when the light intensity at the end of the transmission path reaches a very small value which is two to three orders of magnitude below the light intensity at the beginning of the transmission line.
  • 1 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der von der Lichtquelle shows an embodiment of the invention, wherein the light source of the 1 1 ausgehende Photonenfluss vor dem Eintritt in die Partikelsuspension auf die Referenz-Photodiode outgoing photon flux prior to entry into the particle suspension to the reference photodiode 2 2 gelenkt wird. is directed. In diesem Fall ist das an Referenzsignal A unabhängig von der Partikelkonzentration C, während das an der sensorischen Photozelle In this case, the reference signal at A is independent of particle concentration C, whereas the sensory the photocell 3 3 gebildete sensorische Signal mit zunehmender Partikelkonzentration abnimmt. formed sensory signal with increasing particle concentration decreases. Daher steigt das Verhältnis zwischen dem Referenzsignal A und dem sensorischen Signal B, das Attenuationsverhältnis Q, mit zunehmender Partikelkonzentration an. Therefore, the ratio between the reference signal A and the sensory signal B Attenuationsverhältnis Q increases with increasing particle concentration. Es ist offensichtlich, dass die Relativänderung des Attenuationsverhältnisses bei einer Änderung der Partikelkonzentration It is obvious that the relative change in the Attenuationsverhältnisses with a change in particle concentration ( dQ / dQC) (DQ / DQC) vom Absolutwert des Referenzsignals unabhängig ist. is independent of the absolute value of the reference signal.
  • 2 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Teil des Photonenflusses nach einer vergleichsweise kleinen Wegstrecke in der Suspension durch seitliche Partikelstreuung auf die Referenz-Photodiode gelenkt wird und nach einer vergleichsweise größeren Wegstrecke in der Suspension durch seitliche Partikelstreuung ein anderer Teil auf die sensorische Photozelle trifft. shows an embodiment of the invention, in which a part of the photon flux for a relatively small distance is guided in the suspension by lateral particle scattering on the reference photodiode and strikes the sensory photocell after a comparatively greater distance in the suspension by lateral particle scattering another part , In diesem Fall ist bei ausreichender Partikelkonzentration das Referenzsignal ein Maß für die Lichtintensität nahe der Referenz-Photodiode und das sensorische Signal ein Maß für die Lichtintensität nahe der sensorischen Photodiode. In this case, with a sufficient concentration of particles, the reference signal is a measure of the light intensity close to the reference photodiode and the sensory signal is a measure of the light intensity near the sensory photodiode. Wegen der zusätzlichen Wegstrecke durch die Suspension wird in diesem Fall das sensorische Signal B stärker durch eine Zunahme der Partikelkonzentration C geschwächt als das Referenzsignal A: Because of the extra distance traveled by the suspension, the sensory signal B is more attenuated by an increase in particle concentration C as the reference signal A in this case: dB / BdC > dA / AdC dB / BdC> dA / AdC
  • Auch in diesem Fall nimmt das Attenuationsverhältnis Also in this case takes the Attenuationsverhältnis R = A / B R = A / B mit zunehmender Partikelkonzentration zu. with increasing to particle concentration. Die relative Veränderung von R bei einer Änderung der Konzentration The relative change of R with a change of the concentration ( dR / RdC (DR / RdC ) steigt mit der Länge der Transmissionsstrecke. ) Increases with the length of the transmission route. Ergebnisse hierzu werden an anderer Stelle dargestellt. Results this will be presented elsewhere. In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung sind die Lichtquelle und die Photodioden an einer Halterung mit lichtundurchlässigen Wänden angebracht, die sich an die Gefäße oder Rohre anpassen lassen, in denen sich die Partikelsuspension befinden. In advantageous embodiments of the invention, the light source and the photodiodes are mounted on a support with opaque walls, which can be adapted to the vessels or tubes in which the particle suspension are located. Dabei ist es für die Reproduzierbarkeit der Messung vorteilhaft, wenn der Lichtfluss außerhalb des Gefäßes mit der Suspension durch ein transparentes Medium ( It is advantageous for the reproducibility of the measurement, when the light flux (outside of the vessel with the suspension through a transparent medium 4 4 , . 1 1 ) geleitet wird, welches einen ähnlichen Brechungsindex besitzt wie das Medium, in dem die Partikeln suspendiert sind. ) Is passed which has a similar refractive index as the medium in which the particles are suspended.
  • 3 3 zeigt Messwerte von R in Abhängigkeit von der Partikelkonzentration, die mit Vorrichtungen an verhältnismäßig konzentrierten Suspensionen der Bäckerhefe (Saccharomyces cerevisiae). shows measurement values ​​of R as a function of the particle concentration, with the devices to relatively concentrated suspensions of baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae).
  • 3a 3a zeigt die Funktion R = f(OD*), die sich aus Messwerten der Vorrichtung nach shows the function R = f (OD *) which extends to from measured values ​​of the device 1 1 ergibt. results.
  • 3b 3b zeigt die Funktion R = f(OD*) die sich aus Messwerten der Vorrichtung nach the function R = f (OD *) shows the after from measured values ​​of the device 2 2 ergibt. results. Der Abstand der sensorischen Photodiode vom Ort des Eintritts der emittierten Strahlung in die Suspension bzw. der Abstand zwischen den sensorischen Photodiode von der Referenz-Photodiode betrug etwa 10 mm. The distance of the photodiode from the sensory point of entry of the emitted radiation in the suspension or the distance between the sensory photodiode from the reference photodiode was about 10 mm. Die starke und stetige Abhängigkeit des Attenuationsverhältnisses R von OD* ermöglicht eine genaue numerische Bestimmung von OD* mit Hilfe einer binomialen Regression. The strong and continuous function of the Attenuationsverhältnisses R of OD * enables precise numerical determination of OD * using a binomial regression. Die Korrelationskoeffizienten entsprechender Regressionen liegen nahe 1. Die relative Steigung The correlation coefficients corresponding regressions are close to 1. The relative slope ( dOR*R / OD*dR) (DOR R * / OD * dR) liegt bei der in is in the 3a 3a dargestellten Funktion im gesamten Eichbereich nahe 1 und bei der in Function shown in the entire calibration range close to 1 and wherein in 3b 3b dargestellte Eichfunktion im gesamten Eichbereich nahe 0,5. Calibration function represented in the entire calibration range near 0.5. Die untersuchten erfindungsgemäßen externen Sensoren sind dementsprechend für die genaue Erfassung der Zellkonzentration von Saccharomyces cerevisiae in einem Bereich der OD* von 0 bis 80 ( The investigated external sensors according to the invention are, accordingly, for the accurate detection of the cell concentration of Saccharomyces cerevisiae in a range of OD * (from 0 to 80 3a 3a ) oder 10 bis 80 ( ) Or 10 to 80 ( 3b 3b ) geeignet. ) suitable. Entsprechend dem für die Hefesuspensionen durch Erfassung der Trockenmasse bestimmten Umrechnungsfaktor ( (Corresponding to the particular for the yeast suspensions by detecting the dry weight conversion factor ) können sie für genaue Bestimmungen der Biomassekonzentration bis zu mindestens 50 g Trockenmasse pro Liter eingesetzt werden. ) They can be used per liter for accurate determinations of the biomass concentration of up to at least 50 g dry matter. Die in In the 2 2 dargestellte Ausführungsform hat den Vorteil eines besonders einfachen Aufbaus. Illustrated embodiment has the advantage of a particularly simple construction. Wie aus as from 3b 3b hervorgeht, ist sie im Unterschied zu der in stating she is in contrast to the in 1 1 dargestellten Ausführungsform (vergl. The illustrated embodiment (see FIG. 3a 3a ) für die numerische Erfassung der Biomassekonzentration mit Hilfe der angegebenen Regression erst bei OD* > 10 geeignet. appropriate) for the numerical recording of biomass concentration using the specified regression until OD *> 10th Bei geringeren Konzentrationen (OD* von 0 bis 10) ist eine andere Funktion (hier nicht dargestellt) einzusetzen, welche die Abhängigkeit des Referenzsignals von der Partikelkonzentration berücksichtigt. At lower concentrations (OD * from 0 to 10) is another function (not shown here) to use, which takes into account the dependence of the reference signal from the particle concentration.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Lichtquelle light source
    2 2
    Referenz-Photodiode Reference photodiode
    3 3
    sensorische Photodiode sensory photodiode
    4 4
    transparentes Medium transparent medium
  • Berücksichtige Patentschriften Consider patents
  • Zitierte Literatur literature cited
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
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    • Myers et al. Myers et al. 2013 [0014] 2013 [0014]

Claims (9)

  1. Sensorische Vorrichtung zur optischen Erfassung der Partikelkonzentration in Suspensionen mikroskopischer Partikeln, enthaltend • eine Lichtquelle, die einen Photonenfluss auf einer Transmissionsstrecke durch die Suspension erzeugt, • mindestens zwei für die emittierten Photonen empfindliche Photodioden, die an dem die Suspension enthaltenden Gefäß so angeordnet sind, dass sie für Teile des emittierten Lichtes erreichbar sind, sich aber durch ihre Position zur Lichtquelle und zur Transmissionsstrecke unterscheiden, wobei eine der Photodioden, die Referenz-Photodiode Sensory device for the optical detection of the particle concentration in suspensions of microscopic particles, comprising • a light source that generates a photon flux on a transmission path through the suspension, • at least two sensitive to the emitted photons photodiodes which are connected to the suspension containing vessel arranged so that they are reachable for parts of the emitted light, but differ by their position relative to the light source and to the transmission route, one of the photodiodes, the reference photodiode 2 2 , ein Referenzsignal erzeugt, welches der Intensität des von der Lichtquelle emittierten Lichtes am Anfang der Transmissionsstrecke proportional ist, während das/die durch die sensorische(n) Photodiode(n) erzeugte/n Signal/e der Intensität des Lichtes am Ende einer Transmissionsstrecke definierter Länge proportional ist/sind. A reference signal generated, which is the intensity of light emitted from the light source proportionally at the beginning of the transmission path, while the / by the sensory (n) photodiode (s) created / defined n signal / e of the intensity of the light at the end of a transmission route is proportional length / are. • eine elektronische Vorrichtung, welche die Lichtquelle für definierte Zeitintervalle aktiviert und • eine elektronische Auswerte-Einheit, welche das mit der Partikelkonzentration zunehmende Attenuations-Verhältnis • an electronic device, which activates the light source for defined time intervals, and • an electronic evaluation unit which with the increasing particle concentration ratio attenuations R = A / B R = A / B zwischen dem durch Aktivierung der Lichtquelle in der Referenz-Photodiode erzeugten Signal A und dem im gleichen Zeitintervall in einer sensorischen Photodiode erzeugten Signal B anzeigt oder zur Berechnung der Partikelkonzentration einsetzt. indicating between the signal generated by activation of the light source in the reference photodiode signal A and the produced in the same time interval in a sensory photodiode signal B or used for calculating the particle concentration.
  2. Sensorische Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Halterung für die Photodioden, die lichtundurchlässige Wände mit Perforationen zum Anbringen der Lichtquelle und der Photodioden besitzt, wobei die Wände der Halterung an die Gefäße oder Rohrverbindungen, in denen sich die Partikelsuspensionen befinden, von außen so angepasst werden können, dass bei der Aktvierung der Lichtquelle ein durch die Suspension verlaufender Photonenfluss erzeugt wird, von welchem ein definierter Anteil die sensorische Photodiode erreicht. Sensory device according to claim 1 with a holder for the photodiode, which has opaque walls with perforations for attaching the light source and the photodiode, wherein the walls of the holder can be adapted to the vessels or pipe connections, in which the particle suspensions are located, from the outside so that extending through the suspension photon flux, a defined fraction is produced in the have activated light source of which reaches the sensory photodiode.
  3. Sensorische Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der mindestens ein Teil der Perforationen als Blende/n zur Beeinflussung des auf die Photodioden fallenden Anteils des von der Lichtquelle ausgehenden Photonenflusses gestaltet ist/sind. Sensory device according to claim 2, wherein at least a portion of the perforations is designed as a diaphragm / n for influencing the falling on the photodiode portion of light emanating from the light source photon flux / are.
  4. Sensorische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Photonenfluss außerhalb des Gefäßes oder Rohres, welches die Partikelsuspension enthält, durch ein transparentes Medium Sensory device according to one of the preceding claims, wherein the photon flux outside of the vessel or tube, which contains the suspension of particles through a transparent medium 4 4 geleitet wird, welches einen ähnlichen Brechungsindex wie das flüssige Medium der Suspension besitzt. is passed, which has a similar refractive index as the liquid medium of the suspension.
  5. Sensorische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Lichtquelle, die Licht einer Wellenlänge von 750 bis 950 nm emittiert. Sensory device according to one of the preceding claims, emitted by a light source, the light of a wavelength from 750 to 950 nm.
  6. Sensorische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die Transmissionsstrecke 5 bis 50 mm beträgt. Sensory device according to one of the preceding claims, wherein the transmission path is from 5 to 50 mm.
  7. Sensorische Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Halterungsvorrichtung mit zwei annähernd senkrecht zueinander angeordneten lichtundurchlässigen ebenen Wänden, der ersten und der zweiten Wand, die an die Wände der die Suspensionen enthaltenden Gefäße von außen angepasst werden können, wobei die Lichtquelle an einer Bohrung in der ersten Wand angeordnet ist und die sensorische/n Photodiode/n in einer Bohrung/Bohrungen in der zweiten Wand angeordnet sind. Sensory device according to one of the preceding claims, comprising a holding device with two approximately mutually perpendicular opaque planar walls, the first and the second wall, which can be adapted to the walls of the suspensions containing vessels from outside, wherein the light source at a bore in the first wall is arranged and the sensory / are arranged n photodiode / n in a bore / bores in the second wall.
  8. Sensorische Vorrichtung nach Anspruch 7, bei dem die Halterungsvorrichtung eine Drehachse zur genauen Anpassung des annähernd senkrechten Winkels zwischen der ersten und zweiten Wand an den annähernd senkrechten Winkel zwischen zwei ebenen Gefäßwänden besitzt. Sensory device according to claim 7, wherein the mounting device has an axis of rotation for the accurate adjustment of the approximately vertical angle between the first and second wall to the approximately perpendicular angle between two flat vessel walls.
  9. Sensorische Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei • die Lichtquelle so ausgerichtet ist, dass sie einen annähernd parallel zur zweiten Wand verlaufenden Photonenfluss erzeugt, • die Referenz-Photodiode und die sensorische/n Photodiode/n in der zweiten Wand auf einer Linie liegen, welche annähernd parallel zum Photonenfluss verläuft, und • die Referenz-Photodiode einen Abstand unter 10 mm von der ersten Wand besitzt, während der Abstand der sensorische/n Photodiode/n von der Referenzphotodiode zwischen 10 und 30 mm beträgt. Sensory device according to claim 7 or claim 8, wherein • the light source is aligned so that it generates a passage extending approximately parallel to the second wall photon flux, • the reference photodiode and are sensory / n photodiode / n in the second wall on a line which extends approximately parallel to the photon flux, and • the reference photodiode is at a distance less than 10 mm from the first wall, while the distance sensory / is the n photodiode / n of the reference photo diode between 10 and 30 mm.
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