DE2310264A1

DE2310264A1 - Probenentnahmevorrichtung

Info

Publication number: DE2310264A1
Application number: DE19732310264
Authority: DE
Inventors: Kenneth Briggs; William Gardiner
Original assignee: Glaxo Laboratories Ltd
Current assignee: Glaxo Laboratories Ltd
Priority date: 1972-03-01
Filing date: 1973-03-01
Publication date: 1973-09-27
Also published as: GB1375603A; JPS48101984A; IT994723B; NL7302857A; AU5278573A

Description

PATENTANWÄLTE TELEFON: SAMMEL-NR. 225341 TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO: MÜNCHEN 91139

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHAUSER

4/n

Case 19.105-407
(Cont,Dialysis Probe)

8 MÜNCHEN 2.

GLAXO LABORATORIES LIMITED, Greenford, Middlesex/Großbritannien

Probenentnahmevorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entnehmen einer Probe einer Flüssigkeit oder eines gasförmigen Materials durch Dialyse aus Flüssigkeiten, die solche Materialien enthalten.

Bei gewissen industriellen Prozessen, wie z.B. bei chemischen Synthesen und insbesondere bei Fermentierungen, ist es gelegentlich nützlich, die Mengen der verschiedenen Bestandteile, die in den Medien vorhanden sind, messen zu können, um z.B. den Ablauf der Reaktion zu bestimmen. Wenn es sich um einen kontinuierlichen Prozeß handelt und im wesentlichen stationäre Bedingungen erwünscht sind, kann der Prozeß zweckmäßigerweise gesteuert werden, indem die Konzentrationen der Bestandteile in der Flüssigkeit geändert werden, um einen im wesentlichen stationären Zustand einzuhalten. In ähnlicher Weise können bei Chargen-Prozessen, die über eine längere Zeitdauer ausgeführt werden, Änderungen in den Konzentrationen der Materialien in der Flüssigkeit gelegentlich verwendet v/erden, um den Ablauf des Prozesses zu verfolgen und seine Steuerung zu unterstützen.

Die Messung der Materialien in der behandelten Flüssigkeit eines industriellen Prozesses wird im allgemeinen dadurch ausgeführt, daß eine Probe der Flüssigkeit entnommen und mit herkömmlichen

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Mitteln analysiert wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß eine erhebliche Zeitdauer verstreichen kann zwischen dem Entnehmen der Probe und der Beendigung der Analyse. Wenn daher plötzliche Änderungen in den Konzentrationen der Materialien, die überwacht werden sollen, auftreten, ist das Verfahren nicht zufriedenstellend. Fermentierungsnahrlosungen, die bei der Herstellung von Antibiotica, wie z.B. Penicillinen, verwendet werden, sind Beispiele von Arbeitsflüssigkeiten, in denen die Konzentrationen bestimmter Bestandteile, z.B. der Glucose und der Ammoniumionen, sich plötzlich ändern können. Wenn ein Verfahren überwacht und gesteuert werden soll, indem die Analysenwerte verwendet werden, ist es daher wünschenswert, die für die Probenentnahme und Analyse benötigte Zeit minimal zu machen.

Die Erfindung liefert eine Probenentnahmevorrichtung zum Entnehmen dialysablen Materials von einer Flüssigkeit für die Analyse, die besteht aus einem Teil mit einem abgerundeten Querschnitt mit einer schraubenförmigen Rinne oder Rippe, die an seiner Aussenoberflache ausgebildet sind, aus einer Einrichtung zum Befestigen einer schlauchförmig^ Dialysemembran über diesem Teil, wobei die Rinne oder Rippe und die Membran zusammen einen schraubenförmigen Durchgang für eine Trägerflüssigkeit bilden, und aus einem Einlaß und einem Auslaß, durch die während der Verwendung eine Trägerflüssigkeit zu dem schraubenförmigen Durchgang eingeleitet und aus diesem abgezogen werden kann.

Die Erfindung liefert auch ein Verfahren zum Entnehmen dialysablen Materials aus einer Flüssigkeit für die Analyse, das daraus besteht, daß eine Trägerflüssigkeit für diese Materialien durch den schraubenförmigen Durchgang einer erfindungsgemäßen Probenentnahmevorrichtung geleitet wird, wobei die Vorrichtung in der Flüssigkeit angeordnet wird und eine schlauchförmige Dialysemembran in ihrer Lage auf dem Teil befestigt ist.

Die Vorrichtung ist zweckmäßigerweise mit einer Einrichtung zur Befestigung an der Innenseite eines Tanks, eines Bades oder eines anderen Behälters für die Arbeitsflüssigkeit des industriellen Prozesses versehen. Im Betrieb sind der Einlaß und der Aus-

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laß für die Trägerflüssigkeit vorzugsweise an eine peristalti~_he Pumpe angeschlossen, die die Durchflußgeschwindigkeit des Trägerfluids durch den schraubenförmigen Durchgang bestimmt.

Das Teil mit abgerundetem Querschnitt ist zweckmäßigerweise ein zylindrisches Teil. Das Teil ist vorteilhafterweise aus einem Material hergestellt, das ein verhältnismäßig schlechter Wärmeleiter ist, insbesondere wenn die Vorrichtung vor ihrer Verwendung in einer FermentierungslÖsung durch Hitze sterilisiert werden muß. Die schraubenförmige Rinne ist.zweckmäßigerweise in die äußere Oberfläche des Teils eingeschnitten, und zu diesem Zweck muß das verwendete Material mit der Maschine bearbeitbar sein. Es wurde gefunden, daß synthetische Kunststoffstäbe, z.B. Stäbe aus Polyamid (z.B. "Nylon", Warenzeichen) und aus Polytetrafluoräthylen (z.B. "Teflon", Warenzeichen), zweckmäßigerweise als dieses Teil verwendet werden können. Der Durchmesser des Teils kann nach Wunsch verändert werden, zwecknuäßigerweise werden Durchmesser im Bereich von 1,2 bis 3,8 cm, z.B. etwa 1,9 cm, verwendet.

Der Querschnitt und die Länge der Rinne oder der Rippe, die an dem Teil ausgebildet sind, kann je nach Wunsch in weiten Grenzen variieren. Im allgemeinen wird jedoch eine Rinne mit einem V-förmigen Querschnitt bevorzugt, da sie die maximale Oberfläche zu der Dialysemembran aufweist. Eine flache Rinne wird vorteilhafterweise ebenfalls verwendet, um die maximale Oberfläche der Dialysemembran pro Volumeneinheit des schraubenförmigen Durchgangs zu liefern. Je langer die Länge der Rinne oder der Rippe und daher die Länge des schraubenförmigen Durchgangs ist, umso höher wird die Konzentration der Bestandteile in der Probe sein, die von der Verrichtung bei gegebener Durchflußgeschwindigkeit des Trägerfluids entnommen wird. Andererseits wird eine Verlängerung des schraubenförmigen Durchgangs eine weniger unterscheidende Probe liefern, in der. Sinne, daß die Aufenthaltscauer des Trägerfluids in dem schraubenförmigen Durchgang erhöht wird und die entnommene Probe Konzentrationen der Bestandteile enthalten wird,

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die über die Aufenthaltsdauer des Trägerfluids in dem schraubenförmigen Durchgang "ausgemittelt" sind. Daher sollte der schraubenförmige Durchgang vorzugsweise nicht unnötig lang sein, auch wenn die Aufenthaltsdauer des Trägerfluids in dem schraubenförmigen Durchgang wenigstens ausreichend sein muß, um eine Probe mit der minimalen-Konzentration der zu analysierenden Bestandteile zu ergeben, auf die die verwendete Analysetechnik anspricht.

Der Einlaß und der Auslaß für das Trägerfluid werden zweckmäßigerweise durch Durchgänge gebildet, die durch das zylindrische Teil von seinem einen Ende zu den Enden des schraubenförmigen Durchgangs verlaufen.

Die Dialysemembran ist auf das Teil gepaßt und hat zweckmäßigerweise die Form eines kontinuierlichen Schlauches von geeignetem Durchmesser," der dicht über das Teil paßt. Dichtungen, z.B. Ringdichtungen, können an beiden Enden der Rinne oder der Rippe vorgesehen sein, um die Membran an dem Teil zu befestigen und den schraubenförmigen Durchgang abzudichten. Das Teil bildet eine Stütze für die Membran, und daher ist es möglich, Membranen mit einer Dicke zu verwenden, die wesentlich geringer ist als die Dicke, die nötig ist, wenn ein selbsttragender Schlauch verwendet wird. Im allgemeinen ist die Verwendung von dünnen Dialysemembranen vorteilhaft, da die Dialyse schneller stattfindet. Die Membran muß jedoch ausreichend dick sein, um eine ausreichende Festigkeit zu besitzen. Falls es erwünscht ist, kann die Vorrichtung im Betrieb durch ein Metallschutzgitter geschützt sein, das die Membran abschirmt und verhindert, daß sie in Berührung mit festen Teilchen in der Arbeitsflüssigkeit kommt, die ein Reißen verursachen könnten.

Die für die Dialyse verwendete Membran wird eine hydrophile Membran mit geeigneten semi-permeablen Eigenschaften sein. Cellulose-Dialysemembranen werden zweckmäßigerweise verwendet, wobei ein Visking-Cellulose-Dialyseschlauch ein geeignetes Material ist.

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Falls es erwünscht ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die Messung oder Abschätzung von gelösten Gasen, wie z.B. Sauerstoff oder Kohlendioxid, in einer Arbeitslösung verwendet werden. Zu diesem Zweck kann eine hydrophobe gasdurchlässige Membran verwendet werden. Ein Material für eine solche Membran ist Polytetrafluoräthylen, z.B. das als "Teflon" bekannte Material.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Ein Nylon-Formteil 1 mit einem Durchmesser von 1,9 cm besitzt eine V-förmige schraubenförmige Rinne 2, die in seine Außenoberfläche gefräst ist. Die Rinne hat eine Tiefe und eine Breite von 1,3 mm und verläuft über eine Länge von 9 cm des Formteils mit 1,6 Windungen pro cm des Formteils. Eine schlauchförmige Membran 3 ist über das Formteil 1 gepaßt und an beiden Seiten der schraubenförmigen Rinne durch Dichtungsringe 4 und 5 abgedichtet, die in an dem Formteil 1 ausgebildete Ausnehmungen passen.

Durchgänge 6 und 7 verlaufen durch das Formteil 1 von seinem einen Ende zu jedem Ende der Rinne 2 und dienen als Einlaß und Auslaß für das Trägerfluid. Dieses Ende des Formteils ist an einem Halter aus rostfreiem Stahl befestigt, der wiederum mit einem Schraubengewinde versehen ist, das es ermöglicht, das Formteil mit einem Gewindeauge 8 aus rostfreiem Stahl zu versehen, um es an einem Tank, Bad oder ähnlichem zu befestigen. Wie die Zeichnung zeigt, ist das Gewindeauge 8 mit Einlaß-und Auslaß-Röhren 9 und 10 versehen, durch welche ein Trägerfluid in den Durchgang 6 eingeleitet und aus dem Durchgang 7 des Formteils 1 abgezogen werden kann.

Im Gebrauch wird die Vorrichtung zweckmaßigerweise an einer Seite des Tanks, des Bades oder ähnlichem, die die Arbeitsflüssigkeit enthalten, befestigt.

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Für die Dialyse, bei der eine semi-permeable hydrophile Membran verwendet wird, zirkuliert die Trägerflüssigkeit zweckmäßigerweise unter Verwendung einer peristaltischen Pumpe. Es wurde festgestellt, daß eine Durchflußgeschwindigkeit der Trägerflüssigkeit durch die Vorrichtung von etwa 1 ml pro Minute ausreichend ist, auch wenn die Durchflußgeschwindigkeit nach Wunsch geändert werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dazu verwendet werden, kontinuierlich eine Probe aus einer Arbeitsflüssigkeit zu liefern, die dann auf irgendeine herkömmliche Weise analysiert werden kann. Wenn kontinuierliche Analyseverfahren zur Verfugung stehen, ist es auf diese Weise möglich, die Bestandteile in der Arbeitsflüssigkeit kontinuierlich zu messen, wobei z.B. eine automatische Meß- und Aufzeichnungs-Anlage verwendet wird.

Eine zweckmäßige Anwendung für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Messung des dialysablen Materials in einer Fermentierungsnährlösung. Z.B. kann die Vorrichtung bei einer Penicillin-Fermentierung verwendet werden, um Proben für die Abschätzung des Penicillins, der Glucose, der Ammoniumionen oder anderer interessierender Parameter abzuziehen. Es ist bei der Erzeugung von Antibiotica im allgemeinen wichtig, die Fermentierungsnährlösung steril zu halten, wobei die Kulturen üblicherweise im wesentlichen in aseptischem Zustand gehalten werden. Bei der Verwendung in einer Fermentierungsnährlösung wird daher die Vorrichtung üblicherweise vor der Verwendung sterilisiert und muß dazu ausreichend stabil sein, um der Sterilisierungsbehandlung standzuhalten. Es kann eine sterile Trägerflüssigkeit verwendet werden, so daß keine Sterilitätsprobleme auftreten, wenn eine Membran reißt.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Fermentierungsnährlösungen sollte Vorsicht walten bei der Verwendung einer Sonde, die mit einer Cellulosemembran versehen ist, in Lösungen, die dafür bekannt sind, daß sie Cellulase-Aktivität besitzen. In solchen Fällen kann eine Biozersetzung durch Verwendung von geeigneten synthetischen Polymer-Membranen ver-

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hindert werden, wie sie z.B. von Gregor und Kantner in "Journal of Physical Chemistry", 1957, 61^, 1169 beschrieben sind oder im Handel unter dem Namen High-Sep 70 von der Graver Water Conditioning Company, New York, erhältlich sind.

Die Verwendung von erfindungsgemäßen Sonden bei der Entnahme von Proben aus Fermentierungsnahrlosungen kann aus den folgenden Gründen vorteilhaft sein:

a) Der Gehalt an festen Bestandteilen (hauptsächlich Mycelium) der Fermentierungsnährlösung kann hoch sein, so daß ein Fluid mit einem proteinartigen Charakter geliefert wird, das die Neigung hat, kleine Öffnungen zuzusetzen; die erfindungsgemäße Sonde ermöglicht es, aus solchen Lösungen in zufriedenstellender Weise Probe zu entnehmen.

b) Beim Transport von aktiv metabolisierenden Substanzen (z.B. Zuckern) durch die Dialysemembran kann keine weitere Enzymwirkung auftreten nach der Entnahme der Probe; diese Möglichkeit tritt nicht auf, wenn eine gesamte Nährlösungsprobe aus der Fermentierungslosung entnommen wird.

c) Der Vorgang der Dialyse "reinigt" wirkungsvoll die Probe, wodurch die anschließende Analyse erleichtert wird.

d) Das Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche aseptische Überwachung der Fermentierung über eine lange Zeitdauer, falls es erforderlich ist. Dies wird erreicht, ohne daß die Organismen gestört werden oder das Kulturmedium verarmt, und ist insbesondere wertvoll, wenn die kumulierende Wirkung der herkömmlichen Probenentnahme die Ausbeute oder die Wirksamkeit von Fermentierungen in kleinem Volumen ernsthaft beeinträchtigen kann.

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Claims

Patentansprüche

Probenentnahmevorrichtung zum Entnehmen dialysablen Materials aus einer Flüssigkeit für die Analyse, g e k e η η -. zeichnet durch ein Teil mit abgerundetem Querschnitt mit einer schraubenförmigen Rinne oder Rippe, die auf seiner Außenoberfläche ausgebildet sind, durch eine Einrichtung zum Befestigen einer schlauchförmigen Dialysemembran über diesem Teil, wobei die Rinne oder Rippe und die Membran zusammen einen schraubenförmigen Durchgang für ein Trägerfluid bilden, und durch einen Einlaß und einen Auslaß, durch die im Betrieb ein Trägerfluid in diesen schraubenförmigen Durchgang eingeleitet und aus ihm abgeführt werden kann.
2.) Vorrichtung nacR Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil mit abgerundetem Querschnitt ein zylindrisches Teil ist.
3.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine schraubenförmige Rinne an der äußeren Oberfläche des Teils ausgebildet ist.
4.) Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die schraubenförmige Rinne einen V-förmigen Querschnitt besitzt.
5.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Teil aus synthetischem Kunststoff besteht.
6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der synthetische Kunststoff ein Polyamid oder Polytetrafluoräthylen ist.
7.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß

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und der Auslaß Durchgänge sind, die durch das zylindrische Teil von seinem einen Ende zu den Enden des schraubenförmigen Durchgangs verlaufen.
8.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtungen Ringdichtungen sind, die an den Enden der schraubenförmigen Rinne oder Rippe angeordnet sind.
9. ) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine schlauchförmige Dialysemembran über der schraubenförmigen Rinne oder Rippe auf dem zylindrischen Teil befestigt ist.
10.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran eine Cellulose- oder Polytetrafluoräthylen-Dialysemembran ist.
11.) Verfahren zur Entnahme dialysablen Materials aus einer Flüssigkeit zur Analyse unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerfluid für diese Materialien durch den schraubenförmigen Durchgang der Probenentnahmevorrichtung geleitet wird, und daß die Vorrichtung in der Flüssigkeit angeordnet ist und eine schlauchförmige Dialysemembran in ihrer Lage auf dem Teil angebracht ist.
12.) Verfahren nach Anspruch ll_t dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine Fermentierungsnährlösung ist, und daß eine sterile Trägerflüssigkeit durch die Einrichtung geleitet wird, um die dialysablen Flüssigkeiten aus der Nährlösung durch eine hydrophile Dialysemembran zu entnehmen.
13.) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn-· zeichnet , daß die Fermentierungslösung eine Penicillinfermentierungsnährlösung ist.

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