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Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen von Verunreinigungen
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von Gasen, Flfissigkeiten und/oder fließfähigen Feststoffen durch
Mikroorganismen, Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen
von Verunreinigungen von Gasen, Flüssigkeiten und/oder fließfähigen Feststoffen
durch Mikroorganismen.
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Die laufende Kenntnis des Gehaltes an Mikroorganismen oder der Anwesenheit
von Mikroorganismen überhaupt in den eingangs genannten Stoffen ist in vielen Fällen
von großer Bedeutung. Dies gilt hauptsächlich für Stoffe, die in der Medizin eingesetzt
werden und die steril sein sollen, sowie für die Betriebsüberfachung von Sterilfiltrations-
oder Destillationsanlagen u.a..
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Bekanntlich kann die Bakterienzahl von Proben in einer sogenannten
Zählkammer unter dem ilikroskop ausgezdhlt werden.
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Dieses Vorgehen ist aufwendig, mit menschlichen Zählfehlern behaftet
und für eine kontinuierliche Überwachung kaum geeignet. Auch hilft hierbei die Automatisierung
des Zählvorganges wenig weiter, denn solche Zählvorrichtungen sind mit dem Nachteil
behaftet, sowohl lebendige als auch tote Mikroorganismen unterschiedslos zu erfassen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art anzugeben, das mit geringem Aufwand und unter Ausschaltung
menschlicher Fehler durchführbar und für die Bestimmung von lebenden Mikroorganismen,
insbesondere Bakterien, verschiedener Art geeignet ist. Darüber hinaus soll das
Verfahren automatisch durchführbar und inbesondere für Betriebsmessungen geeignet
sein.
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Gemaß der Erfindung wird diese Aufgabe nun dadurch gelöst, daß zu
einem oder mehreren, von dem zu untersuchenden Stoff kontinuierlich abgezweigten,
konstanten Probenstrom bzw. Probenströmen jeweils mindestens eine für die zu bestimmende
I-IiRroorganismen-Art geeignete sterile Nährlösung in stetigem, konstanten Fluß
beigemischt wird, diese Probenmischung während einer definierten Zeitspanne die
Vermehrung der Mikroorganismen begünstigenden Bedingungen, wie z.B. erhöhter Temperatur,
ausgesetzt und schließlich das Wachstum bzw. die Vermehrung der Mikroorganismen
laufend meßtechnisch ermittelt und als Maß für die Verunreinigung benutzt wird.
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Dem entnommenen Probenstrom wird also eine sterile Nährlösung zugesetzt
und diese Probenmischung solchen Bedingungen ausgesetzt, welche das Wachstum oder
die Vermehrung der Mikroorganisnen begünstigen. Schließlich wird das Wachstum oder
die Vermehrung der Mikroorganismen laufend meßtechnisch ermittelt und als Maß für
die Verunreinigung benutzt. Hierbei läßt sich aus einem schnellen oder langsamen
Anstieg des Meßwertes auf eine starke brar. schwache Verunreinigung durch Mikroorganismen
schließen. Als Mikroorganismen im Sinne der Erfindung sollen selbständige Mikroorganismen
verstanden sein, im Gegensatz zu nichtselbständigen Mikroorganismen, wie z.B. Viren.
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Werden mehrere Probenströme abgezweigt, so kann jedem Probenstrom
eine für eine andere Mikroorganismen-Art spezifische Nährlösung beigemischt und
die Vermehrung der Mikroorganismen in jedem Probenstrom getrennt ermittelt werden.
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Ist dagegen lediglich die Summe der verschiedenen Mikroorganismen
von Bedeutung, so bewährte es sich, wenn jedem Probenstrom eine für eine andere
Mikroorganismen-Art spezifische Nährlösung beigemischt, die Probenmischungen zur
Messung zusammengeführt und die Vermehrung der verschiedenen Mikroorganismen gemeinsam
ermittelt wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das
Wachstum bzw. die Vermehrung der Mikroorganismen anhand einer stoffwechselbedingten
Trübung, Änderung der Farbe oder des pI-I-Wertes, Verminderung des Sauerstoffgehalts
der Probenmischung oder anhand der entstandenen Kohlensäure-Menge meßtechnisch ermittelt
wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin,
daß die Zeitspanne, während welcher die Probenmischung die Vermehrung der Mikroorganismen
begünstigenden Bedingungen ausgesetzt ist, variiert werden kann. Hiermit läßt sich
auf einfache Weise die Empfindlichkeit des Verfahrens einstellen.
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Die Variation der Zeitspanne kann durch die Wahl von verschieden langen
Wegen für die Probennischung erreicht werden. Vorzugsweise ist die Länge der Wege
vorbestimmt.
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Soll durch die Messung eine Verunreinigung mit aeroben Mikroorganismen
erfaßt werden, so besteht eine empfehlenswerte Weiterbildung der Erfindung darin,
daß der Probenstrom vor der Beimischung der luftsauerstoffgesättigten Nährlösung
ebenfalls mit Suftsauerstoff gesättigt und der Rückgang des Sauerstoffgehalts der
Probenmischung mit einer Sauerstoffmeßsonde ermittelt wird.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor,
welche folgendes schemaiisch zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erfassung der Verunreinigung
durch eine einzige Mikroorganismen-Art, Fig. 2 eine zur getrennten Erfassung der
Verunreinigung durch drei verschiedene Mikroorganismen-Arten geeignete Vorrichtung
und Fig. 3 den Gegenstand der Figur 2 mit gemeinsamer meßtechnischer Erfassung der
Verunreinigungen.
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Gleiche bzw. gleichwirkende Teile sind in den einzelnen Figuren mit
den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 ist eine sterile Nahrlösung
in einem geschlossenen Behälter 1 untergebracht, der unter Zwischenschaltung eines
Regulierventiles 4 über die Verbindungsleitung 5 mit Gefälle an die geschlossene
Mischkammer 7 angeschlossen ist. Das Gefälle kann z.B. auch durch Gasdruck oder
eine Flüssigkeitspumpe ersetzt werden. In diese Mischkammer, die erforderlichenfalls
mit einem Rührwerk versehen sein kann, mündet noch eine Leistung 10, die von der
Abzweigstelle des Probenstromes abgeht. In die Abgangsleitung 13 der Mischkammer
ist ein Dreiwegeventil 14 eingeschaltet, das bei entsprechender Eintellung entweder
eine unmittelbare Verbindung der Mischkammer 7 mit dem geschlossenen Meßgefäß 15
gestattet, oder bei anderer Stellung eine Verbindung der Mischkammer 7 über die
geschlossene Zusatz-Itischkammer 27 und die Zeitung 18 zum Meßgefäß 15 herstellt.
Im Meßgefäß 15 ist ein Meßfühler 19 angeordnet, der über eine elektrische Leistung
22 mit einem Verstärker- und einem Anzeigegerät 23 verbunden ist. Außerdem ist am
Meßgefäß 15 noch die Überlaufleitung 24 für die Abfuhr der gemessenen Probenmischungen
angeschlossen.
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Da mit der Apparatur gemaß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Verunreinigungen
mit aeroben Mikroorganismen erfaßt werden sollen, ist der MeßfuMler 19 als Sauerstoff-Meßfuhler
ausgebildet. Um günstige Bedingungen für die Vermehrung bzw. das Wachstum solcher
Mikroorganismen zu schaffen, ist eine vorzugsweise elektrische Heizung 25 (Thermostat)
für die Mischlammer 7 und die Zusatz-Mischkammer 27 angeordnet.
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Soll nun mit dieser Apparatur eine sterile Flüssigkeit auf das Eindringen
von aeroben Mikroorganismen, wie z.B. Aerobacter aerogenes überwacht werden, so
wird dieser Flüssigkeit ein Probenstrom laufend und gleichmäßig entnommen, in einer
nicht dargestellten Kammer mit sterilem Luftsauerstoff gesättigt und über die Teitung
10 der Mischkammer 7 zugeführt. Gleichzeitig wird aus dem Behälter 1 eine für die
zu überwachende Mikroorganismen-Art geeignete, luftsauerstoffgesättigte sterile
Nährlösung entnommen und über die Bettung 5 ebenfalls in die Mischkammer 7 eingebracht
.Probenstrom wnd Nährlösung werden hier gemischt und durch den Thermostaten 25 auf
eine solche Temperatur erwärmt, welche das Wachstum bzw. die Vermehrung der Mikroorganismen
fördert. Werden nun mit dem Probenstrom über die Leitung 10 Mikroorganismen in die
Mischkammer 7 eingebracht, so vermehren bzw. wachsen diese unter Verbrauch von Sauerstoff,
der mit der Nährlösung und dem Probenstrom in die Mischkammer eingebracht wird,
so daß der Sauerstoffgehalt der Probenmischung sinkt. Beim Durchfluß dieser Probenmischung
durch das an die Mischkammer angeschlossene Meßgefäß 15 wird dieser Sauerstoffrückgang
durch den Meßfühler 19 erfaßt und mittels des angeschlossenen Verstärkers und Anzeigegeräts
23 angezeigt. Die Abnahme des Sauerstoffgehalts ist hierbei umso stärker, je mehr
Mikroorganismen je Zeiteinheit in die Mischkammer 7 eingebracht werden. Nach der
Messung wird die Probenmischung durch die Überlaufleitung 24 aus dem Meßgefäß 15
abgeleitet.
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Je nach Einstellung des Dreiwege-Ventils 14 kann die Probenmischung
aus der Mischkammer 7 entweder unmittelbar dem Meßgefäß 15 oder über die Zusatz-Mischkammer
27 dem Meßgefäß 15 zugeleitet werden. Ist die Zusatz-Mischkammer 27 eingeschaltet,
so ist die Zeitspanne, während der die Probenmischung günstigen Tenperaturbedingungen
ausgesetzt ist, verlängert, so daß auch bei sehr geringem Anfall von Mikroorganismen
ein ausreichendes, sauerstoffzehrendes Wachstum gegeben ist, d.h.
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durch das Einschalten der Zusatz-Mischkammer 27 kann die Empfindlichkeit
der Apparatur erhöht werden. Anstelle die Mischl-aEumern, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel,
unmittelbar zu beheizen und somit gleichzeitig als Brutkammer zu benutzen, ist es
ebensogut nöglich, an die Mischkammer eine besondere Brutkammer anzuschließen und
die Probenmischung durchzuleit cn.
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Für das Einstellen des Nullpunktes des Anzeigegerätes wird sterile
luftgesättigte Nährlösung gemischt mit einem ster ilen Probenstrom, wie z.B. gekochtes
oder destilliertes Wasser, durch die Apparatur geleitet, so daß der volle Sauerstoffgehalt
dieser Nährlösung vom Meßfühler 19 erfaßt wird. Als Nährlösung dienen die gebräuchlichen,
in der Mikrobiologie bekannten flüssigen Nährböden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 sind drei -der vorbeschriebenen,
der Fig. 1 entsprechenden Apparaturen zu einer Baueinheit zusammengefaßt, wobei
der Übersichtlichkeit wegen die Heizung der Mischkammern sowie Zusatz-Mischkammern
samt Dreiwegeventilen nicht dargestellt sind, erforderlichenfalls jedoch vorgesehen
sein können. Dementsprechend weist die Apparatur drei Behälter 1, 2, 3 für Nährlösungen
auf, die an getrennte Mischkammern 7, 8, 9 angeschlossen sind, denen jeweils ein
Probenstrom zugeführt wird. Zur Messung der Probenmischungen sind drei Meßgefäße
15, 16, 17 mit jeweils einem
Meßfühler 19, 20, 21 nachgeschaltet,
wobei die Meßfühler über Leitungen 22 an das Verstärke- und Anzeigegerät 23 angeschlossen
sind, welches im vorliegenden Fall für drei getrennte Anzeigen ausgerüstet ist.
Diese Anordnung eignet sich zum getrennten gleichzeitigen Erfassen von drei verschiedenen
Mikroorganismen-Arten. Hierzu sind in den Behältern 1, 2, 3 für die zu bestimmenden
Arten spezifische Nährlösungen eingebracht, die in den Mischlcammern 7 bis 9 mit
Probenströmen der zu untersuchenden Flüssigkeiten gemischt werden. in den Ileßgefäßen
15 bis 17 werden die durch Mikroorganismen bedingten Veränderungen der Probenströme
jeweils mittels der Fühler 19 bis 21 erfaßt und durch das Anzeigegerät 23 angezeigt.
Durch entsprechendes Auswählen der Nährlösungen und das Abstimmen der Meßfühler
sowie des Anzeige- und Verstärkergerätes 23 au die mikroorganismenbedingten Veränderungen
der Probenmischungen lassen sich im vorliegenden Fall drei verschiedene Mikroorganismen-Arten
selektiv erfassen bzw. ihr Auftreten überwachen.
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Selbstverständlich läßt sich die vorbeschriebene Anordnung auf die
Überwachung bzw. Erfassung beliebig vieler Mikroorganismen-Arten erweitern. Hierbei
ist es nicht unbedingt erforderlich, die einzelnen Probenströme der zu überwachenden
Flüssigkeit getrennt zu entnehmen, es genügt vielmehr, einen gemeinsamen Probenstrom
mit einer Leitung 16 abzuzweigen und diesen dann auf die einzelnen Mischkammern,
wie in Fig. 2 dargestellt, aufzuteilen.
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Das Ausführungsbeispiel gem.iß der Fig. 3 entspricht dem nach nach
Fig. 2 mit dem Unterschied, daß die Probenmischungen nach dem Verlassen der Mischkammern
7 bis 9 einem gemeinsamen Meßgefäß 26 zugeführt und die mikroorganismenbedingte
Veränderung der Probenströme durch den Meßfühler 28 gemeinsam erfaßt und über das
Verstcrnke und Anzeigegerät 23 angezeigt werden. Diese Anordnung ist dann zu empfehlen,
wenn zwar verschiedene
Arten von I-liLroorganismen selektiv erfaßt,
jedoch lediglich die Anzeige bzw. Überwachung ihrer Summe erf orderlich is-t. Selbstverständlich
müssen hierbei die durch die Mikroorganismen bedingten Veränderungen der Probenflüssigkeiten
jeweils in die gleiche Richtung gehen, wie z .B. eine Verminderung des Sauerstoffgehalts,
eine Trübung oder eine Veranderung des pH-Wertes hervorrufen, so daß sich diese
summieren und von einem einzigen Fühler erfaßt werden können. Die Art der zu erfassenden
Mikroorganismen wird, wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel, durch die Auswahl
der sterilen Nährlösungen bestimmt. Um das Wachstum bzw. die Vermehrung der Mikroorganisnen
jeweils zu optimieren, kann es erforderlich sein, jede der Mischkammern 7 bis 9
oder eventuell vorhandene-, nachgeschaltete weitere Brutkammern anderen das Wachstum
fördernden Bedingungen, wie z.B. verschiedenen Temperaturen auszusetzen.
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ist das Wachstum der Mikroorganismen von einem bestimmten pH-Wert
begünstigt oder nur bei einem bestimmten pH-Wert möglich, so wird man die Nährlösung
und gegebenenfalls auch den Probenstrom auf den erforderlichcn Wert einstellen.
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Soll lediglich die Sterili-tit überwacht werden, so wird an den Verstärker
bzw. das Anzeigegerät ein Alarmgeber angeschlossen, der beim Überschreiten eines
vorwählbaren Grenzwertes akustische und/oder optische Alarmsignale abgibt.