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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln in einer Vorrichtung, in der sich ein Medium, insbesondere ein flüssiges Medium, befindet. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung zum Überwachen eines Bildungsprozesses von Ablagerungen und/oder eines Reinigungsprozesses durch das Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln in einer Vorrichtung, in der sich ein Medium, insbesondere ein flüssiges Medium, befindet.
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Es ist bekannt, dass sich in einer ein Medium enthaltenen Vorrichtung Ablagerungen bilden. Darunter fallen mikrobiologisch erzeugte Ablagerungen, so genannte Biofilme, und auch nicht-mikrobiologisch erzeugte Ablagerungen, also Ablagerungen, die durch das in der Vorrichtung enthaltene oder geförderte Medium selbst gebildet werden. Biofilme sind insbesondere insel- oder filmförmige Ablagerungen, die sich durch Kontakt und ggf. Umsetzen von unterschiedlichen Materialien mit Bakterien, also durch mikrobiologische Prozesse, bilden; die sich also dann bilden, wenn beispielsweise ein flüssiges Medium in Kontakt einerseits mit Bakterien und andererseits mit einer Oberfläche, wie z.B. einer inneren Oberfläche einer Vorrichtung, steht. Die Bildung von Biofilmen ist aus hygienischen und/oder technischen Gründen unerwünscht, da diese zur Kontamination der flüssigen Medien führen kann. Nicht mikrobiologisch erzeugte Ablagerungen sind ebenfalls nicht erwünscht, da sie einen Förderquerschnitt in der Vorrichtung verringern und sich dadurch auch zu der Kontamination des aufbewahrten bzw. geförderten Mediums führen können.
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Aus dem Stand der Technik sind elektrochemische Sensoren zur Bestimmung von Ablagerungen bekannt. Diese können allerdings in Vorrichtungen wie etwa Röhren oder Tanks entweder nicht integriert werden oder sie benötigen eine komplexe Halterung.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung weist den Vorteil auf, dass diese in einfacher Weise an einer Vorrichtung, die ein Medium enthält, anordbar ist. Ferner kann die Sensoranordnung zwischen mikrobiologischen und nichtmikrobiologischen Ablagerungen unterscheiden. Zudem können Ablagerungen und/oder Reinigungsmittel in Echtzeit detektiert werden, so dass eine Überwachung eines Bildungsprozesses von Ablagerungen und eines Reinigungsprozesses ermöglicht wird. Aufgrund der Echtzeitbestimmung kann auch ein frühes Bildungsstadium von Ablagerungen erkannt werden. Darauf folgend kann ein Reinigungsprozess mithilfe von Reinigungsmitteln ausgeführt werden, so dass eine mechanische Reinigung der Vorrichtung nicht mehr nötig oder weniger aufwändig ist. Dies wird erfindungsgemäß durch eine Sensoranordnung zum Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln in einer Vorrichtung, in der sich ein Medium befindet, erreicht, welche einen elektrochemischen Sensor und eine Halterung für den elektrochemischen Sensor aufweist. Die Halterung weist einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen des elektrochemischen Sensors und einen Anordnungsbereich zum Anordnen der Sensoranordnung an der Vorrichtung auf. Dabei ist der elektrochemische Sensor eingerichtet, Ablagerungen und/oder Reinigungsmittel in der Vorrichtung zu detektieren und weist mindestens eine Elektrode auf, die als Dünnschichtelektrode ausgebildet ist. Ferner steht der elektrochemische Sensor in direktem Kontakt mit dem Medium. Durch den direkten Kontakt des elektrochemischen Sensors mit dem Medium ist eine Bestimmung von Ablagerungen ohne Probenahme möglich.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Insbesondere umfasst der elektrochemische Sensor eine Referenzelektrode, eine Hilfselektrode und mindestens eine Arbeitselektrode, wobei alle Elektroden mit dem Medium in direktem Kontakt stehen.
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Vorzugsweise sind alle Elektroden als Dünnschichtelektroden ausgebildet.
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In der Sensoranordnung kann vorzugsweise auch eine Mehrzahl oder Vielzahl von elektrochemischen Sensoren vorgesehen sein. Dabei sind insbesondere die Sensoren unterschiedlich voneinander ausgebildet.
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Bevorzugt ist der Aufnahmebereich derart ausgebildet, dass dieser eine laminare Strömung eines in der Vorrichtung strömenden Mediums ermöglicht, um Energieverluste aufgrund eines anderenfalls hohen Strömungswiderstandes zu reduzieren. Dadurch wird auch eine durch das Anordnen des Aufnahmebereichs im Medium künstlich verursachte Bildung von Ablagerungen vermieden.
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Bevorzugt ist der Aufnahmebereich symmetrisch, insbesondere rotationsymmetrisch, ausgebildet.
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Bevorzugt weist der Aufnahmebereich einen zumindest teilweise kreisförmigen Querschnitt auf. Im angeordneten Zustand an der Vorrichtung ist der zumindest teilweise kreisförmige Querschnitt vorzugsweise parallel zu einer Ebene, die eine Strömungsachse enthält.
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Besonders bevorzugt ist der Aufnahmebereich zumindest teilweise kegelstumpfförmig ausgebildet. Mit anderen Worten weist der Aufnahmebereich vorzugsweise zumindest teilweise einen kreisförmigen Querschnitt auf, der mit der Höhe variiert. Durch diese Form des Aufnahmebereichs kann ein in der Vorrichtung strömendes Medium am Aufnahmebereich der Halterung vorbei ohne hohen Widerstand strömen. Somit stellt die Halterung kein großes Hindernis für die Strömung des Mediums in der Vorrichtung dar. Dadurch wird auch eine durch das Anordnen des Aufnahmebereichs im Medium künstlich verursachte Bildung von Ablagerungen vermieden.
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Ferner bevorzugt ist ein Übergang vom Anordnungsbereich zum Aufnahmebereich abgerundet. Dies trägt der Reduzierung des Strömungswiderstandes bei, den ein strömendes Medium in der Vorrichtung spürt. Somit werden die Energieverluste des strömenden Mediums reduziert.
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Der Aufnahmebereich der Halterung weist vorzugsweise eine Ausnehmung auf, in der der elektrochemische Sensor angeordnet ist. Somit ist der elektrochemische Sensor geschützt und kann auch bei hohen Geschwindigkeiten eines strömenden Mediums sicher im Aufnahmebereich positioniert sein.
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Insbesondere ist die Ausnehmung an einem Umfang des Aufnahmebereichs ausgebildet.
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Bevorzugt erstreckt sich die Ausnehmung in Richtung eines Radius des Aufnahmebereichs.
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Ferner bevorzugt erstreckt sich die Ausnehmung in Richtung einer Symmetrieachse des Aufnahmebereichs.
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Weiter bevorzugt weist der Aufnahmebereich mindestens eine Flanke auf, die zu der Ausnehmung führt. Besonders bevorzugt weist der Aufnahmebereich zwei Flanken auf, die zur Ausnehmung führen. Dabei sind die Flanken vorzugsweise am Aufnahmebereich symmetrisch ausgebildet. Die Symmetrieachse der Flanken ist bevorzugt parallel zu einer Strömungsrichtung des Mediums in der Vorrichtung und/oder zu einer Symmetrieachse des Aufnahmebereichs.
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Die mindestens eine Flanke ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass diese eine laminare Strömung eines in der Vorrichtung strömenden Mediums, insbesondere in unmittelbarer Nähe des elektrochemischen Sensors, ermöglicht. Somit können Energieverluste aufgrund eines anderenfalls hohen Strömungswiderstandes vermieden werden. Ferner kann durch die laminare Strömung ermöglicht werden, dass sich Ablagerungen auf dem elektrochemischen Sensor bilden können oder auf dem elektrochemischen Sensor schon gebildete Ablagerungen durch die Strömung des Mediums nicht entfernt werden. Bei einer turbulenten Strömung des Mediums wäre eine Bildung von Ablagerungen auf dem elektrochemischen Sensor schwierig oder schon gebildete Ablagerungen könnten durch die Turbulenzen vom elektrochemischen Sensor abgelöst werden.
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Besonders bevorzugt weist der elektrochemische Sensor zwei Arbeitselektroden mit einer Interdigitalstruktur mit Paaren von Interdigitalelektroden auf.
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Dabei beträgt bevorzugt ein Abstand zwischen benachbarten Paaren der Interdigitalelektroden zwischen 5 µm und 10 µm.
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Ferner bevorzugt kann vorzugsweise eine Breite einer Interdigitalelektrode zwischen 5 µm und 10 µm betragen.
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Besonders bevorzugt beträgt jeder Abstand zwischen benachbarten Paaren der Interdigitalelektroden und/oder eine Breite jeder Interdigitalelektrode zwischen 5 µm und 10 µm.
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Insbesondere sind alle Paaren der Interdigitalelektroden gleich breit ausgebildet.
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Ferner sind vorzugsweise alle benachbarten Paaren der Interdigitalelektroden im gleichen Abstand voneinander angeordnet.
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Vorzugsweise ist der Aufnahmebereich derart ausgebildet, dass in einem angeordneten Zustand der Sensoranordnung an der Vorrichtung eine Strömung eines Mediums in unmittelbarer Nähe des elektrochemischen Sensors laminar ist.
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Mit anderen Worten ist der Aufnahmebereich vorzugsweise derart ausgebildet, dass bei einer Strömung des Mediums in der Vorrichtung in einem angeordneten Zustand der Sensoranordnung an der Vorrichtung eine Reynolds-Zahl des Mediums in unmittelbarer Nähe des elektrochemischen Sensors eine laminare Strömung andeutet und/oder kleiner als eine Reynolds-Zahl der Strömung des Mediums in der Vorrichtung ist.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, welche eine zuvor beschriebene Sensoranordnung umfasst.
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Vorzugsweise ist ein Verhältnis einer Höhe des Aufnahmebereichs der Halterung der Sensoranordnung zu einer Höhe eines Innenraums der Vorrichtung maximal 1 zu 10. Eine Höhe des Aufnahmebereichs und/oder des Innenraums der Vorrichtung ist insbesondere senkrecht zu einer Strömungsrichtung des Mediums in der Vorrichtung.
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Die Vorrichtung ist insbesondere ein Rohr oder ein Tank. Insbesondere bei einer als Rohr ausgebildeten Vorrichtung strömt das Medium im Rohr bzw. durch das Rohr. Bei einer als Tank ausgebildeten Vorrichtung kann das Medium entweder im Tank aufbewahrt sein, ohne sich zu bewegen, oder bei einer Befüllung des Tanks in den Tank einströmen. In beiden Fällen können Ablagerungen in der Vorrichtung gebildet werden. Die beschriebene Sensoranordnung kann sowohl in einer Vorrichtung mit strömendem als auch mit nicht strömendem Medium benutzt werden.
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Ferner bevorzugt ist der elektrochemische Sensor länglich ausgebildet, wobei die Sensoranordnung an einer Wand der Vorrichtung so angeordnet ist, dass der elektrochemische Sensor im Wesentlichen perpendikulär zu einer Strömung eines strömenden Mediums in der Vorrichtung ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung der zuvor beschriebenen Sensoranordnung in einer Vorrichtung, in der sich ein Medium befindet, zum Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln in der Vorrichtung.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln in einer Vorrichtung, in der sich ein Medium befindet, mittels einer Sensoranordnung. Dazu umfasst die Sensoranordnung einen elektrochemischen Sensor, der eingerichtet ist, Ablagerungen und/oder Reinigungsmittel in der Vorrichtung zu detektieren, und eine Halterung, welche einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen des elektrochemischen Sensors und einen Anordnungsbereich zum Anordnen der Sensoranordnung an der Vorrichtung aufweist. Hierbei steht der elektrochemische Sensor in direktem Kontakt mit dem Medium und weist mindestens eine Elektrode auf, die als Dünnschichtelektrode ausgebildet ist. Gemäß dem Verfahren wird die Sensoranordnung an der Vorrichtung angeordnet und elektrochemischen Werte im Medium werden mittels des elektrochemischen Sensors gemessen.
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Zum Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln im Medium werden vorzugsweise mindestens zwei Messverfahren aus einer Gruppe eines amperometrischen Messverfahrens, eines potentiometrischen Messverfahrens und eines impedanzmetrischen Messverfahrens durchgeführt und deren Ergebnisse miteinander kombiniert bzw. ausgewertet. Das heißt mit anderen Worten, dass vorzugsweise mindestens zwei unterschiedliche amperometrische Messverfahren, mindestens zwei unterschiedliche potentiometrische Messverfahren, mindestens zwei unterschiedliche impedanzmetrische Messverfahren oder jede beliebige Kombination aus einem amperometrischen, einem potentiometrischen oder einem impedanzmetrischen Messverfahren durchgeführt werden. Somit kann es in vorteilhafter Weise zwischen mikrobiologisch erzeugten und nicht-mikrobiologisch erzeugten Ablagerungen unterschieden werden, so dass eine zuverlässige Aussage über die Bildung und Zusammensetzung der Ablagerungen in Echtzeit getroffen werden kann.
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Insbesondere wird ein amperometrisches Messverfahren mit einem impedanzmetrischen Messverfahren kombiniert bzw. ausgewertet.
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Bevorzugt kann ein Messverfahren durchgeführt werden, durch welches der elektrochemische Sensor gereinigt wird.
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Ferner bevorzugt kann die Sensoranordnung zwei oder mehrere elektrochemische Sensoren aufweisen. Somit können durch die elektrochemischen Sensoren unterschiedliche Messverfahren durchgeführt werden, so dass eine schnelle Detektion von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln in Echtzeit erfolgen kann.
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Als Messverfahren kommen im Rahmen der Erfindung insbesondere die folgenden Verfahren in Frage: Cyclovoltammetrie (CV, cyclic voltammetry), Square-Wave-Voltammetrie (SWV, square wave voltammetry), Differential-Puls-Voltammetrie (DPV, diffenrential pulse voltammetry) und Lineare-Sweep-Voltammetrie (LSV, lineal sweep voltammetry) und andere.
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Das Medium ist insbesondere ein flüssiges Medium.
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Als Medium kommen im Rahmen der Erfindung alle gängigen Medien in Frage, insbesondere mehr oder weniger flüssige und insbesondere transparente Medien, wie z.B. Wasser oder wässrige Medien.
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Die zuvor beschriebene Sensoranordnung wird insbesondere in einer nahrungsmittelverarbeitenden oder arzneimittelverarbeitenden oder arzneimittelherstellenden oder wasserführenden Vorrichtung oder in einem Haushaltsgerät verwendet.
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Es sei angemerkt, dass die Halterung für den elektrochemischen Sensor auch als separate Einheit vertrieben werden kann.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische, vereinfachte Draufsicht einer Sensoranordnung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische, vereinfachte Seitenansicht der Sensoranordnung von 1,
- 3 eine schematische, vereinfachte Unteransicht der Sensoranordnung von 1 und 2,
- 4 eine schematische, vereinfachte Draufsicht eines elektrochemischen Sensors der Sensoranordnung von 1 bis 3,
- 5 eine schematische, vereinfachte perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, an der die Sensoranordnung von 1 bis 3 anordenbar ist,
- 6 ein Diagramm betreffend ein Messverfahren zum Detektieren von Ablagerungen in einem Medium mittels der Sensoranordnung von 1 bis 3, und
- 7 ein weiteres Diagramm betreffend ein Messverfahren zum Detektieren von Reinigungsmitteln in einem Medium mittels der Sensoranordnung von 1 bis 3.
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Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird eine Sensoranordnung 1 zum Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln in einer Vorrichtung, in der sich ein Medium befindet, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der 1 bis 7 im Detail beschrieben.
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Eine Vorrichtung, an der die Sensoranordnung 1 angeordnet werden kann, ist in 5 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Dabei umfasst die Vorrichtung 10 insbesondere ein Rohr 8. Um die Sensoranordnung 1 am Rohr 8 anzuordnen, ist ein Gehäuse 9 mit einer Anschlussfläche 90 für die Sensoranordnung 1 vorgesehen. Dabei steht der elektrochemische Sensor 2 in direktem Kontakt mit dem in der Vorrichtung 10 enthaltenen Medium.
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Es ist aber auch möglich, dass die Vorrichtung 10 als Tank ausgebildet ist bzw. einen Tank umfasst. Dabei kann die Sensoranordnung 1 Ablagerungen und/oder Reinigungsmittel detektieren, sowohl wenn sich das Medium im Tank im gespeicherten Zustand befindet als auch wenn sich das Medium dem Tank, z.B. während einer Befüllung des Tanks, zugeführt wird. Unter dem Begriff „gespeicherter Zustand“ wird im Rahmen der Erfindung der Zustand verstanden, in dem kein Mediumfluss zum oder aus dem Tank stattfindet. Die Sensoranordnung 1 kann am Tank in ähnlicher Weise wie im Falle einer ein Rohr umfassenden Vorrichtung 10 angeordnet sein.
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Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, umfasst die Sensoranordnung 1 einen elektrochemischen Sensor 2 und eine Halterung 3 für den elektrochemischen Sensor 2. Der elektrochemische Sensor 2 ist eingerichtet, Ablagerungen und/oder Reinigungsmittel in der Vorrichtung 10 zu detektieren. Der Aufbau des elektrochemischen Sensors 2 wird später anhand von 4 näher beschrieben.
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Wie in den 1 und 2 zu erkennen ist, weist die Halterung 3 einen Aufnahmebereich 30 zum Aufnehmen des elektrochemischen Sensors 2 und einen Anordnungsbereich 31 zum Anordnen der Sensoranordnung 1 bzw. der Halterung 3 der Sensoranordnung 1 an der Vorrichtung 10 auf. Es ist weiterhin ein Außenbereich 32 vorgesehen. Der Außenbereich 32 wird mit Bezug auf 3 beschrieben.
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Wenn die Sensoranordnung 1 an der Vorrichtung 10 angeordnet ist, befindet sich nur der Aufnahmebereich 30 in einem Innenraum der Vorrichtung 10, in dem das Medium enthalten ist oder gefördert wird.
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Aus 2 geht ferner hervor, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Aufnahmebereich 30 teilweise kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Übergang 33 vom Anordnungsbereich 31 zum Aufnahmebereich 30 gekrümmt, insbesondere abgerundet. Dieser Aufbau des Aufnahmebereichs 30 ist besonders strömungsgünstig, so dass ein strömendes Medium in der Vorrichtung 10 einen möglichst kleinen Widerstand durch den Aufnahmebereich 30 erfährt.
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Es ist aber auch vorstellbar, dass der Aufnahmebereich 30 einen anderen strömungsgünstigen Aufbau aufweist. Beispielsweise kann der Aufnahmebereich 30 teilweise zylindrisch ausgebildet sein.
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Das Wort „teilweise“ mit Bezug auf den Aufbau des Aufnahmebereichs 30, bedeutet insbesondere, dass sich der Aufnahmebereich 30 nicht über 360 Grad erstreckt.
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Des Weiteren ist im Aufnahmebereich 30 eine Ausnehmung 34 ausgebildet, in der der elektrochemische Sensor 2 angeordnet ist (1 und 2).
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Die Ausnehmung 34 ist insbesondere an einem Umfang 35 des Aufnahmebereichs 30 ausgebildet.
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Ferner sind im Aufnahmebereich 30 zwei identische Flanken 36 gebildet, die jeweils zur Ausnehmung 34 führen. Derselbe Aufbau der Flanken 36 ist aus Strömungs- und Konstruktionsgründen besonders vorteilhaft. Jedoch können die Flanken 36 eine unterschiedliche Form aufweisen.
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Der Aufnahmebereich 30 ist ferner derart ausgebildet, dass in einem angeordneten Zustand der Sensoranordnung 1 an der Vorrichtung 10 eine Strömung des Mediums in unmittelbarer Nähe des elektrochemischen Sensors 2 laminar ist. Dadurch wird ein Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln mittels des elektrochemischen Sensors 2 gefördert, da eine laminare Strömung im Gegenteil zu einer turbulenten Strömung den Vorteil hat, dass auf den elektrochemischen Sensor 2 schon aufgesetzte Substanzen durch die Strömung nicht entfernt werden.
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Vorzugsweise wird die Sensoranordnung 1 an der Vorrichtung 10 so angeordnet, dass sich der Übergang 33 am Aufnahmebereich 30 in Richtung einer Strömung F des Mediums in der Vorrichtung 10 vor der Ausnehmung 34 befindet (2).
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Ferner ist die Sensoranordnung 1 an der Vorrichtung 10 so angeordnet, dass der elektrochemische Sensor 2, der länglich ausgebildet ist, im Wesentlichen perpendikulär zur Strömung F des Mediums in der Vorrichtung 10 ist.
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Außerdem beträgt ein Verhältnis einer Höhe 100 des Aufnahmebereichs 30 der Halterung 3 der Sensoranordnung 1 zu einer Höhe 101 des Innenraums der Vorrichtung maximal 1:10 beträgt. Somit wird eine Störung der Strömung des Mediums in der Vorrichtung 10 aufgrund des Aufnahmebereichs 30 reduziert.
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3 zeigt die Sensoranordnung 1 von unten bzw. von außen, wenn die Sensoranordnung 1 an der Vorrichtung 10 angeordnet ist.
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Am Außenbereich 32 ist ein Anschlussbereich 39 zum elektrischen und/oder informationstechnischen Anschließen des elektrochemischen Sensors 2 sowie ein Bereich 37 zum Aufnehmen von elektrischen Leitungen bzw. Drähten und/oder eines Transducers. Im Anschlussbereich 39 sind insbesondere Kontakte in der Form von Pins vorgesehen, an die der elektrochemische Sensor 2 angeschlossen ist. Diese sind über die elektrischen Leitungen bzw. Drähten des Bereichs 37 mit dem Transducer und einer Stromquelle verbunden.
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In 3 sind auch Befestigungsstellen 38 dargestellt, an denen ein Deckel, beispielsweise über Schrauben, mit dem Außenbereich 32 verbunden ist.
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Der Deckel dient dazu, den elektrochemischen Sensor 2, den Transducer und die elektrischen Leitungen bzw. Drähte vor der Umgebung zu schützen.
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Gemäß 4 umfasst der elektrochemische Sensor 2 eine Referenzelektrode 21, eine Hilfselektrode 22 und zwei Arbeitselektroden 23. Im angeordneten Zustand der Sensoranordnung 1 an der Vorrichtung 10 stehen die Referenzelektrode 21, eine Hilfselektrode 22 und die zwei Arbeitselektroden 23 in direktem Kontakt mit dem Medium. Im elektrochemischen Sensor 2 sind die Referenzelektrode 21, die Hilfselektrode 22 und die Arbeitselektroden 23 als Dünnschichtelektroden ausgebildet.
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Die Arbeitselektroden 23 weisen eine Vielzahl von Paaren von Interdigitalelektroden 240 auf. Die Paare der Interdigitalelektroden 240 sind in einem vergrößerten Bereich der Interdigitalstruktur 24 in 4 dargestellt.
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Insbesondere sind alle Interdigitalelektroden 240 identisch ausgebildet und weisen jeweils eine Breite 50 zwischen 5 µm und 10 µm auf. Ferner sind die Interdigitalelektroden 240 zueinander derart angeordnet, dass ein Abstand 51 zwischen benachbarter Interdigitalelektroden 240 zwischen 5 µm und 10 µm beträgt. Insbesondere weisen alle benachbarten Interdigitalelektroden 240 denselben Abstand 51 auf. Mit anderen Worten ist in diesem Ausführungsbeispiel ein elektrochemischer Sensor 2 benutzt, bei dem der Abstand 51, in dem die Paare der Interdigitalelektroden 240 zueinander angeordnet sind, gleich mit deren Breite 50 ist.
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Die Materialien der Elektroden sind an das in der Vorrichtung enthaltene oder strömende Medium angepasst. Die Arbeitselektroden 23 sind insbesondere derart ausgebildet, dass eine Wechselwirkung der Arbeitselektroden 23 mit dem Medium einen Effekt erzeugt, der durch den Transducer erfasst und in einen messbaren Effekt, beispielsweise ein elektrisches Signal, umgewandelt wird.
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Das durch den elektrochemischen Sensor 2 erfasste Signal, beispielsweise ein elektrochemische Strom-, Impedanz- oder Potentialänderung, wird an einen Speicher drahtlos geschickt.
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Wenn im Medium beispielsweise Mikroorganismen befindlich sind, werden durch diese mit der Zeit Ablagerungen in der Vorrichtung entstehen. Solche Ablagerungen entstehen auch auf der Interdigitalstruktur 24, die durch den elektrochemischen Sensor 2 erfasst werden. Derartige Ablagerungen sind in einem vergrößerten Bereich der Interdigitalstruktur 24 in 4 mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet.
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6 zeigt ein Diagramm mit zyklischen Voltammogrammen (Cyclovoltammogramme) von Medien, wobei die horizontale Achse 200 ein durch den elektrochemischen Sensor 2 erfasstes Potential in V und die vertikale Achse 201 einen durch den elektrochemischen Sensor 2 erfassten Strom in A bezeichnen.
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Insbesondere sind die Messeinstellungen für die Voltammogramme von 6 wie folgend:
TGleichgewicht= 15s, Scanrate = 250mV/s, Potentialbereich = -0.8 - 0.8 V, Anzahl von Scans = 4
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Insbesondere sind im Diagramm von 6 das zyklische Voltammogramm 103 einer Flüssigkeit ohne Mikroorganismen (Referenzflüssigkeit), das zyklische Voltammogramm 104 einer Flüssigkeit mit Mikroorganismen und das zyklische Voltammogramm 105 einer Flüssigkeit, in der sich Ablagerungen gebildet haben.
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Das Detektieren von Mikroorganismen in der Flüssigkeit anhand des Voltammogramms kann erfolgen, da das zyklische Voltammogramm einer Flüssigkeit mit Mikroorganismen im Vergleich zum zyklischen Voltammogramm der Flüssigkeit ohne Mikroorganismen eine Veränderung eines Oxidationsscheitelpunktes 104 b und eines Reduktionsscheitelpunktes 104 a aufweist. Diese Veränderung deutet eine mikrobiologische Aktivität wegen eines extrazellulären Elektronentransfers an.
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Entsprechend führt die Bildung von Ablagerungen zu einer Veränderung des Voltammogramms, beispielsweise aufgrund eines Isolationseffektes, woran erkannt werden kann, dass Ablagerungen auf der Oberfläche der Arbeitselektrode schon befindlich sind.
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Im Allgemeinen, wenn eine Veränderung des Voltammogramms des Mediums im Vergleich zum Voltammogramm des Referenzmediums (dasselbe Medium ohne Mikroorganismen/Ablagerungen) erkannt wird, kann geschlossen werden, dass sich im Medium Mikroorganismen und/oder schon gebildete Ablagerungen befinden. Im Ansprechen darauf kann dann ein entsprechendes Reinigungsprogramm eingesetzt werden.
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7 zeigt ein Diagramm mit einem zyklischen Voltammogramm 108 eines Biofilms (Ablagerung von Mikroorganismen), einem zyklischen Voltammogramm 106 einer Säurelösung und einem zyklischen Voltammogramm 107 des Biofilms nach einer Reinigung mittels der Säurelösung. Dabei bezeichnet die horizontale Achse 202 ein den elektrochemischen Sensor 2 erfasstes Potential in V und die vertikale Achse 203 einen durch den elektrochemischen Sensor 2 erfassten Strom in A.
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Die Messeinstellungen für die Voltammogramme von 7 sind wie folgend:
TGleichgewicht= 15s, Scanrate = 250mV/s, Potentialbereich = -0.8 - 0.8 V, Anzahl von Scans = 4
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Es ist zu erkennen, dass die Voltammogramme unterschiedlich sind. Somit wird ersichtlich, dass durch die Sensoranordnung 1 auch das Vorhandensein von Reinigungsmitteln detektiert werden kann. Ferner kann der Reinigungsvorgang überwacht werden, da währenddessen das durch den elektrochemischen Sensor 2 erfasste Signal bzw. die verändert wird.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Voltammogramme von 6 und 7 darauf abzielen, qualitativ anzudeuten, dass das Vorhandensein von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln in der Vorrichtung an einer Veränderung des Voltammogramms erkannt werden bzw. dass durch die Veränderung des Voltammogramms eine Überwachung der Bildung von Ablagerungen und/oder eines Reinigungsprogramms stattfinden kann.
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In diesem Ausführungsbeispiel wurde zum Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln mittels des elektrochemischen Sensors 2 das Verfahren der Cyclovoltammetrie angewandt. Andere potentiometrische, amperometrische oder impedanzmetrischen Messverfahren sind allerdings auch vorstellbar.
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Insbesondere können zum Detektieren von Ablagerungen und/oder Reinigungsmitteln mindestens zwei Messverfahren aus einer Gruppe eines amperometrischen Messverfahrens, eines potentiometrischen Messverfahrens und eines impedanzmetrischen Messverfahrens durchgeführt und deren Ergebnisse miteinander kombiniert werden.
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Die erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 ermöglicht eine „in situ“-Bestimmung von mikrobiologisch erzeugten und nicht-mikrobiologisch erzeugten Ablagerungen in Echtzeit, d.h. zum Messzeitpunkt, ohne dass eine Probennahme erforderlich ist. Zudem arbeitet das Verfahren sehr schnell und präzise sowie selektiv und zerstörungsfrei, so dass lediglich die gewünschten Ablagerungen untersucht werden. Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1 kann die Produktsicherheit von gefördertem Produkt/Medium verbessert und ggf. Reinigungspläne und Reinigungszyklen entwickelt bzw. angepasst werden.
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Aufgrund ihres vorteilhaften Aufbaus eignet dich die der erfindungsgemäße Sensoranordnung 1 insbesondere zur Anwendung in hygienisch hoch sensiblen Systemen, wie z.B. in nahrungsmittelverarbeitenden Vorrichtungen, arzneimittelverarbeitenden Vorrichtungen, arzneimittelherstellenden Vorrichtungen, wasserführenden Vorrichtungen oder Haushaltsgeräten. Gerade hier treten mikrobiologisch erzeugte Ablagerungen und nicht-mikrobiologisch erzeugte Ablagerungen, wie z.B. Lebensmittelreste, Saftbestandteile, Salze, Zuckerverbindungen, Proteinablagerungen und dergleichen, negativ in Erscheinung.
