DE3702501A1

DE3702501A1 - Sterilisable pH electrode for monitoring microbiological processes

Info

Publication number: DE3702501A1
Application number: DE19873702501
Authority: DE
Inventors: Hans W Dr Sc Nat Buehler; Rene Dr Sc Nat Bucher
Original assignee: DR W INGOLD AG
Current assignee: DR W INGOLD AG
Priority date: 1986-02-11
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1987-08-13
Also published as: DE8715221U1; JPS62187244A; CH670162A5; JPH0635950B2

Abstract

The pH electrode which has a closed tubular glass housing has an annular chamber (8) which [lacuna] the reference electrolyte (18), the reference element (20), the diaphragm (26), the space (32) to receive a gas under pressure and a gas supply line (34) which can be closed gas-tight. The gas under pressure which is in the space (32) permits the pressure inside the chamber (8) which includes the reference electrode to be kept higher than the pressure of the measurement medium. This completely prevents measurement medium penetrating into the reference electrolyte so that it is possible to obtain stable and reproducible measurements with the pH electrode. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine sterilisierbare pH-Messkette ge mäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a sterilizable pH measuring chain according to the preamble of claim 1.

Für die Überwachung mikrobiologischer Prozesse in der Bio technologie werden in zunehmendem Masse elektrochemische Zel len für die Messung von Ionenaktivitäten, insbesondere der H-Ionenaktivität, eingesetzt. Derartige elektrochemische Zel len bestehen aus einer Messelektrode und aus einer Bezugselek trode, wobei diese getrennt ausgebildet und über eine Brücke verbunden sein oder in Form einer Einstabmesskette vorliegen können. Wesentliche Voraussetzung für eine einwandfreie Pro zessüberwachung ist, dass die Bezugselektrode, die ein elektrochemisches Halbelement oder eine Halbzelle sein kann, eine stabile und reproduzierbare elektrische Spannung liefert. Es sind zahlreiche Bezugselektroden in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Sie bestehen ganz allgemein aus einem Ableitelement in Form einer Elektrode zweiter Art, die in einen Bezugselektrolyten in der Regel eine konzentrierte Kali umchloridlösung, eintaucht. Der Bezugselektrolyt befindet sich dabei in einem Behälter, der von einem Gehäuse aus elek trisch nicht leitendem Material, wie Glas oder Kunststoff, ge bildet wird. Der elektrolytische Kontakt zwischen dem Ableit element der Bezugselektrode und dem Messmedium, allgemein eine Lösung oder Suspension des zu untersuchenden Messgutes in Wasser, erfolgt durch ein in der Gehäusewand angeordne tes Diaphragma, z.B. ein poröser Keramikstift. Durch eine Verschmutzung des Diaphragmas durch das Messmedium oder durch das Eindringen von Messmedium in den Bezugselektrolyten und dessen Verdünnung durch das Messmedium kann es zu einer un kontrollierbaren Spannungsänderung und damit zu einer Ver fälschung der Messwerte kommen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich die Messungen über einen längeren Zeit raum erstrecken oder öfters wiederholt werden. Um das Ein dringen von Messmedium durch das Diphragma in den Bezugs elektrolyten zu verhindern, werden häufig Druckmessgeber ein gesetzt, um zu erreichen, dass in dem Bezugselektrolyten ein Druck aufrecht erhalten wird, der höher ist als derjenige des Messmediums. Dabei wird meist mit einem Überdruck von 0,2 bis 0,5 bar gearbeitet. Dies kann erreicht werden, indem die Messkette in eine Druckkammer eingebaut und mit Druckluft beaufschlagt wird. Da jedoch in der Biotechnologie strenge Anforderungen an die Sterilität gestellt werden, ist es er forderlich, dass alle in einen Bioreaktor einzubauenden Mess ketten den Bedingungen einer Dampfsterilisation, bei der Tem peraturen bis zu 135°C und Drücke bis 2 bar auftreten, stand halten. Derartige Druckmessgeber erfordern eine gewisse War tung, wie Nachfüllen von Bezugselektrolyt, Druckbeaufschla gung und Einfetten von Dichtungen, z.B. O-Ringen. Bei falscher oder unterlassener Wartung können Fehlmessungen auf treten, da die Stabilität der Bezugelektrode nicht mehr ge währleistet ist. Um diese Nachteile zu vermeiden, sind Mess ketten entwickelt worden, bei denen der Bezugselektrolyt, z.B. eine 3- oder 4-molare Kaliumchloridlösung, in Form eines Gels vorliegt oder mit einem Verdickungsmittel, wie hoch disperse Kieselsäure, verdickt ist. In diesem Falle ist das zur Aufnahme des Bezugselektrolyten bestimmte Gehäuse voll ständig mit dem Gel oder der verdickten Kaliumchloridlösung ausgefüllt und weist keine Nachfüllöffnung auf. Da das Gel oder die verdickte Kaliumchloridlösung einen verhältnismässig hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, ist Glas als Behältermaterial ungeeignet. Einen gelartigen Elektroly ten enthaltende Bezugselektroden weisen deshalb mehrheitlich ein Gehäuse aus Kunststoff auf. Kunststoffe enthalten aber organische Substanzen, z.B. Weichmacher, die insbesondere bei erhöhter Temperatur in die Messlösung diffundieren können. Diese Substanzen können das Wachstum von Zellen oder Mikro organismen negativ beeinflussen, was insbesondere bei genetisch manipulierten Organismen kritisch ist. Die Abgabe der genannten organischen Substanzen wirkt sich insbesondere bei kleinen Bioreaktoren, wie sie aufgrund des steigenden Kostenaufwandes für die Forschung in der Biotechnologie in zunehmendem Masse zum Einsatz kommen, nachteilig aus. Aus diesem Grunde wird Glas als Material für das Gehäuse bevor zugt. Bei Bezugselektroden oder Messketten, bei denen das Gehäuse aus Glas besteht, muss im Raum der Bezugselektrode immer ein Gaspolster vorhanden sein, welches die thermische Ausdehnung des gelartigen oder verdickten Elektrolyten er möglicht. Stehen derartige Bezugselektroden oder Messketten unter Druck, z.B. während der Sterilisation, so wird Messmedi um durch das Diaphragma in den Bezugselektrolyten gepresst und verändert dessen Beschaffenheit. Dies ist aus den oben erwähnten Gründen unerwünscht. Das Eindringen von Messmedium durch das Diaphragma kann bei derartigen Bezugselektroden oder Messketten vermieden werden, wenn diese von oben in den Bioreaktor eingeführt werden und eine in das Luftpolster ein mündende Einfüllöffnung für den Bezugselektrolyten aufweisen, da in diesem Fall ein Druckausgleich zwischen dem Messmedium und dem Bezugselektrolyten gewährleistet ist. Nachteilig wirkt sich dabei die Einfüllöffnung aus, da in den Bioreakto ren meist eine turbulente Strömung, die mit der Bildung von Schaum verbunden sein kann, herrscht. Dabei tritt das Mess medium in Form von Spritzern oder Schaum durch die Einfüllöff nung in den Raum der Bezugselektrode ein und führt in gleicher Weise wie das Eindringen durch das Diaphragma zu einer Veränderung, insbesondere Verdünnung, des Bezugselektro lyten und damit zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit.For monitoring microbiological processes in the bio technology are increasingly becoming electrochemical cells len for the measurement of ion activities, in particular the H ion activity. Such electrochemical cell len consist of a measuring electrode and a reference electrode trode, these being formed separately and over a bridge be connected or in the form of a combination electrode can. Essential requirement for a perfect pro Process monitoring is that the reference electrode that a can be an electrochemical half element or a half cell, a stable and reproducible electrical voltage delivers. There are numerous reference electrodes in many different ways Design known. They generally consist of one Discharge element in the form of an electrode of the second type, which in a reference electrolyte usually a concentrated potash chloride solution, immersed. The reference electrolyte is located itself in a container, which is made of an elec non-conductive material such as glass or plastic is forming. The electrolytic contact between the discharge element of the reference electrode and the measuring medium, general a solution or suspension of the sample to be examined in water, is done by a arranged in the housing wall th diaphragm, e.g. a porous ceramic pencil. By a Contamination of the diaphragm by the measuring medium or by the penetration of measuring medium into the reference electrolyte and its dilution by the measuring medium can lead to an un controllable voltage change and thus to a ver false readings come. This is especially so the case when the measurements take a long time extend space or be repeated several times. To the one penetrate the medium through the diphragma into the reference To prevent electrolytes, pressure transmitters are often used set to achieve that in the reference electrolyte Pressure is maintained that is higher than that of the Measuring medium. This is usually done with an overpressure of 0.2 worked up to 0.5 bar. This can be achieved by using the Measuring chain installed in a pressure chamber and with compressed air is applied. However, because in biotechnology strict Sterility requirements are what it is required that all measurement to be installed in a bioreactor chain the conditions of steam sterilization, at which tem temperatures up to 135 ° C and pressures up to 2 bar occur hold. Such pressure sensors require a certain amount of goods device, such as refilling of reference electrolyte, pressurization greasing and greasing of seals, e.g. O-rings. At incorrect or neglected maintenance can lead to incorrect measurements occur because the stability of the reference electrode is no longer ge is guaranteed. To avoid these disadvantages, mess chains have been developed in which the reference electrolyte, e.g. a 3- or 4-molar potassium chloride solution, in the form of a Gel is present or with a thickener, how high disperse silica, is thickened. In this case it is housing intended to hold the reference electrolyte fully constantly with the gel or the thickened potassium chloride solution filled out and has no refill opening. Because the gel or the thickened potassium chloride solution is proportionate has a high coefficient of thermal expansion is glass unsuitable as container material. A gel-like electroly The majority of reference electrodes containing them therefore have a plastic housing. But plastics contain organic substances, e.g. Plasticizers, particularly in can diffuse into the measurement solution at an elevated temperature. These substances can cause cell or micro growth negatively affect organisms, which is particularly the case with genetically manipulated organisms is critical. The levy of the organic substances mentioned has a particular effect in small bioreactors, such as those due to the increasing Expenses for research in biotechnology in increasingly used, disadvantageously. Out for this reason glass is used as the material for the case moves. For reference electrodes or measuring chains, where the Housing made of glass must be in the space of the reference electrode there must always be a gas cushion that the thermal Expansion of the gel-like or thickened electrolyte possible. Are such reference electrodes or measuring chains under pressure, e.g. during the sterilization process to be pressed through the diaphragm into the reference electrolyte and changes its nature. This is from the above reasons mentioned undesirable. The penetration of measuring medium through the diaphragm in such reference electrodes or measuring chains can be avoided if these are from above in the Bioreactor are inserted and one into the air cushion have an opening filling opening for the reference electrolyte, because in this case there is pressure equalization between the measuring medium and the reference electrolyte is guaranteed. Disadvantageous the filling opening has an impact since it is in the bioreacto usually a turbulent flow associated with the formation of Foam can be connected. The measurement occurs medium in the form of splashes or foam through the filler opening into the space of the reference electrode and leads to same way as penetration through the diaphragm a change, especially dilution, of the reference electrode lyte and thus impair the measuring accuracy.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine sterilisierbare Messkette zu schaffen, deren Abmessungen den Einbau in kleine Bioreak toren gestatten und die zuverlässige Messwerte liefert. Dabei soll die Messkette frei von den oben erwähnten Nachteilen sein, wobei insbesondere das Eindringen von Messmedium in den Bezugselektrolyten, sei es durch das Diaphragma oder durch die Einfüllöffnung für den Bezugselektrolyten, ebenso ausgeschlossen sein soll, wie das Aussondern von organischen Substanzen aus dem Gehäusematerial in das Messmedium. Darüber hinaus soll die Messkette wartungsfrei über einen längeren Zeitraum oder zu wiederholten Malen eingesetzt werden können und den Bedingungen der Dampfsterilisation ohne Beeinträchti gung der Messgenauigkeit Stand halten.The object of the invention is a sterilizable measuring chain to create, the dimensions of which are built into small bioreak allow gates and deliver reliable measurements. Here the measuring chain should be free from the disadvantages mentioned above be, in particular the penetration of measuring medium in the reference electrolyte, be it through the diaphragm or through the filling opening for the reference electrolyte, likewise should be excluded, such as the separation of organic Substances from the housing material into the measuring medium. About that In addition, the measuring chain should be maintenance-free over a longer period Period or repeated times can be used and the conditions of steam sterilization without interference withstand the accuracy of measurement.

Die gestellte Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierte sterilisierbare pH-Messkette gelöst.The task is performed by the in the characterizing part of claim 1 defined sterilizable pH measuring chain solved.

Die beschriebene Messkette wird allen Anforderungen, die bei der Überwachung mikrobiologischer Prozesse gestellt werden, gerecht, d.h. ein Eindringen von Messmedium in den Bezugs elektrolyten wird durch den in der Bezugselektrode herrschen den Druck vollständig unterbunden. Ausserdem ist das rohr förmige Gehäuse allseitig fest verschlossen und weist keine Einfüllöffnung auf, so dass auch auf diesem Wege ein Eindrin gen von Messmedium in den Bezugselektrodenraum ausgeschlossen ist. Schliesslich besteht das rohrförmige Gehäuse aus Glas, so dass auch bei hohen Temperaturen eine Verunreinigung des Messmediums durch aus dem Gehäusematerial diffundierende orga nische Substanzen ausgeschlossen ist. Die beschriebene pH- Messkette ist wartungsfrei und liefert auch bei häufiger Sterilisation und lang dauerndem Einsatz stabile und reprodu zierbare Messwerte.The measuring chain described meets all the requirements for monitoring microbiological processes, fair, i.e. penetration of the measuring medium into the cover electrolyte will prevail through that in the reference electrode completely suppressed the pressure. In addition, the pipe Shaped housing firmly closed on all sides and has none Filler opening on, so that also in this way an indentation excluded from measuring medium in the reference electrode area is. Finally, the tubular housing is made of glass, so that contamination of the Measuring medium through orga diffusing from the housing material niche substances is excluded. The pH described The measuring chain is maintenance-free and also delivers more frequently Sterilization and long-term use stable and reproducible measurable measured values.

Besondere Ausbildungen der pH-Messkette sind in den An sprüchen 2 bis 8 umschrieben.Special designs of the pH measuring chain are in the An sayings 2 to 8 circumscribed.

Die in Anspruch 2 beschriebene Ausbildung der Messkette ist besonders vorteilhaft für den Einsatz in kleinen Bioreakto ren. Das im Einzelfall einzustellende Verhältnis dieser Volu mina kann rechnerisch ermittelt werden und richtet sich nach den Abmessungen der Messkette, der Viskosität des gelartigen Bezugselektrolyten und der Porosität des Diaphragmas.The formation of the measuring chain described in claim 2 is particularly advantageous for use in small bioreactos ren. The ratio of this volu to be set in individual cases mina can be calculated and is based on the dimensions of the measuring chain, the viscosity of the gel-like Reference electrolytes and the porosity of the diaphragm.

Die Ausbildung nach Anspruch 3 ist besonders kostengünstig und hat den Vorteil, dass Druckluft überall ohne Schwierig keiten verfügbar ist. Es sind jedoch auch andere Gase verwend bar, sofern sie sich unter den bei der Sterilisation und der Messung herrschenden Bedingungen gegenüber dem Bezugselektro lyten inert verhalten.The training according to claim 3 is particularly inexpensive and has the advantage that compressed air is everywhere without difficulty is available. However, other gases are also used cash, provided that they are among those in the sterilization and Measurement of the prevailing conditions compared to the reference electrode be inert.

Durch die Ausbildung gemäss Anspruch 4 wird gewährleistet, dass ein Eindringen von Messmedium durch das Diaphragma in den Bezugselektrolyten vollständig unterbunden wird, da der Druck des Messmediums im allgemeinen 0,5 bar nicht übersteigt.The training according to claim 4 ensures that penetration of measuring medium through the diaphragm into the reference electrolyte is completely prevented since the Pressure of the measuring medium generally does not exceed 0.5 bar.

Die Ausbildung nach Anspruch 5 stellt eine besonders einfache Lösung dar und erlaubt einen einfachen und dauerhaften Ver schluss nach erfolgter Gaszuführung, da die Platinkapillare durch einfaches Abquetschen mit einer Zange gasdicht ver schlossen werden kann. Überdies ist diese Kombination der Materialien Glas und Platin von Vorteil, da ein Einschmelzen der Platinkapillare in die Wandung des aus Glas bestehenden rohrförmigen Gehäuses gemäss Anspruch 6 ohne Schwierigkeiten durchzuführen ist und eine gasdichte Verbindung ergibt.The training according to claim 5 is particularly simple Solution and allows a simple and permanent Ver close after the gas supply, because the platinum capillary gas-tight by simply squeezing with pliers can be closed. Moreover, this combination is the Glass and platinum materials are advantageous because they melt the platinum capillary into the wall of the glass tubular housing according to claim 6 without difficulty is to be carried out and results in a gas-tight connection.

Die Ausbildung nach Anspruch 7 erlaubt einen risikolosen Transport der pH-Messkette ohne besondere Vorsichtsmass nahmen, da das Schaumstoffkissen ein Eindringen des Bezugs elektrolyten in den das Gas enthaltenden Hohlraum unterbindet.The training according to claim 7 allows a risk-free Transport of the pH measuring chain without special precaution took as the foam cushion penetration of the cover prevents electrolytes into the cavity containing the gas.

Die Ausbildung nach Anspruch 8 ermöglicht eine mehrmalige Dampfsterilisation der pH-Messkette, da die dabei zur Anwen dung gelangenden Temperaturen keine Denaturierung des Bezugs elektrolyten und insbesondere des Verdickungsmittels bewirken können. Die Wahl des eim Einzelfall einzusetzenden Ver dickungsmittels richtet sich insbesondere nach der Zusammen setzung des Elektrolyten und der geforderten Viskosität. Da im allgemeinen als Bezugselektrolyt 3- bis 4-molare Kalium chloridlösungen eingesetzt werden, eignen sich als Ver dickungsmittel Acrylamide, Methacrylamide, Kieselsäure, hydroxylierte Cellulosen und Polysaccharide.The design according to claim 8 enables multiple steam sterilization of the pH measuring chain, since the temperatures used in this process cannot cause denaturation of the reference electrolyte and in particular of the thickener. The choice of the thickening agent to be used in individual cases depends in particular on the composition of the electrolyte and the required viscosity. Since 3 to 4 molar potassium chloride solutions are generally used as the reference electrolyte, acrylamides, methacrylamides, silica, hydroxylated celluloses and polysaccharides are suitable as thickeners.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur beschrieben. Diese zeigt eine als Einstabmesskette ausgebil dete pH-Messkette im Längsschnitt. An embodiment of the invention is based on the figure described. This shows one designed as a combination electrode The pH measuring chain in longitudinal section.

Die Figur zeigt eine sterilisierbare pH-Messkette 2 mit einem rohrförmigen Gehäuse 4 aus Glas, z.B. Jenaer Geräteglas. Das rohrförmige Gehäuse 4 weist zwei konzentrisch angeordnete Kammern auf, wobei eine innere Kammer 6 von einer kon zentrisch angeordneten äusseren ringförmigen Kammer 8 umgeben ist. Die innere Kammer 6, die im oberen Bereich durch die Abschmelzung 10 verschlossen ist und im unteren, über die ringförmige Kammer 8 hinausragenden, Bereich eine Membran 12 aus ionenselektivem Glas aufweist, bildet die eigentliche Messelektrode und ist mit einem Ableitelement 14 für die Mess elektrode ausgestattet. Das Ableitelement 14 ist mit einer durch die Abschmelzung 10 nach aussen führenden Leitung 16 verbunden. Die ringförmige Kammer 8 bildet die eigentliche Bezugselektrode aus Bezugselektrolyt 18 und Ableitelement 20, wobei letzteres mit einer nach aussen führenden Leitung 22 verbunden ist. Im unteren Abschnitt 24 des rohrförmigen Ge häuses 4 befindet sich ein Diaphragma 26, in der Regel ein Keramikstift, über das der in der Kammer 8 befindliche Bezugs elektrolyt 18 mit einem Messmedium 28, in das die Messkette 2 mindestens teilweise eintaucht, in Berührung gebracht werden kann. Im oberen Abschnitt 30 des Gehäuses 4 findet sich in der ringförmigen Kammer 8 ein Hohlraum 32 zur Aufnahme eines unter Druck stehenden Gases, z.B. Druckluft. In den Hohlraum 32 mündet eine Zuführung 34 für das Gas ein. Die Zuführung 34 ist vorteilhafterweise eine Platinkapillare mit einem Aussen durchmesser von 0,3 bis 0,5 mm. Diese Platinkapillare ist durch Einschmelzen in die Wandung des Gehäuses 4 an der Schmelzstelle 36, gasdicht befestigt. Nach erfolgter Druckbe aufschlagung, d.h. dem Zuführen des unter Druck stehenden Gases, kann die als Zuführung dienende Platinkapillare durch einfaches Abquetschen mit einer Zange an der Quetschstelle 38 gasdicht verschlossen werden. In der ringförmigen Kammer 8 befindet sich zwischen dem Bezugselektrolyten 18 und dem Hohl raum 32 ein Schaumstoffkissen 40, das den Bezugselektrolyten 18 abdeckt und an die Wandungen der Kammer 8 anliegt, wodurch ein Ausfliessen des Bezugslektrolyten beim Transport der pH-Messkette 2 vermieden werden kann.The figure shows a sterilizable pH measuring chain 2 with a tubular housing 4 made of glass, for example Jena device glass. The tubular housing 4 has two concentrically arranged chambers, an inner chamber 6 being surrounded by a conically arranged outer annular chamber 8 . The inner chamber 6 , which is closed in the upper area by the melting 10 and in the lower, projecting beyond the annular chamber 8 , has a membrane 12 made of ion-selective glass, forms the actual measuring electrode and is equipped with a discharge element 14 for the measuring electrode . The diverting element 14 is connected to a line 16 leading through the melting 10 to the outside. The annular chamber 8 forms the actual reference electrode comprising the reference electrolyte 18 and the diverting element 20 , the latter being connected to a line 22 leading to the outside. In the lower section 24 of the tubular Ge housing 4 there is a diaphragm 26 , usually a ceramic pin through which the reference electrolyte 18 in the chamber 8 is brought into contact with a measuring medium 28 into which the measuring chain 2 is at least partially immersed can. In the upper section 30 of the housing 4 there is a cavity 32 in the annular chamber 8 for receiving a gas under pressure, for example compressed air. A feed 34 for the gas opens into the cavity 32 . The feed 34 is advantageously a platinum capillary with an outer diameter of 0.3 to 0.5 mm. This platinum capillary is attached in a gastight manner by melting it into the wall of the housing 4 at the melting point 36 . After the pressure has been applied, ie the supply of the pressurized gas, the platinum capillary serving as supply can be sealed gas-tight by simply squeezing it off with a pair of pliers at the pinch point 38 . In the annular chamber 8 is between the reference electrolyte 18 and the cavity 32, a foam cushion 40 , which covers the reference electrolyte 18 and bears against the walls of the chamber 8 , whereby an outflow of the reference electrolyte during transport of the pH electrode 2 can be avoided.

Zur Überprüfung der Druckstabilität wurde eine pH-Messkette einem Langzeitversuch, der sich über 18 Monate erstreckte, unterworfen. Dazu wurde eine sterilisierbare pH-Messkette 2 mit einem Aussendurchmesser von 12 mm und einer Länge von 120 mm verwendet. Als Bezugselektrolyt 18 wurde eine 3- bis 4-molare Kaliumchloridlösung verwendet, die als Verdickungs mittel eine Acrylamid enthielt und eine Viskosität von an nähernd 10 Pascalsekunden aufwies. Anstelle des Acrylamids können auch andere Verdickungsmittel wie Methacrylamide, Kieselsäure, hydroxylierte Cellulosen und Polysaccharide ver wendet werden. Bei der Auswahl der Verdickungsmittel ist allein darauf zu achten, dass sie mit dem Salz der Elektrolyt lösung verträglich und bei den bei der Sterilisation auf tretenden Temperaturen von bis zu 135°C beständig sind. Das Volumen des gelierten Bezugselektrolyten 18 betrug 4,6 ml. Der in der Kammer 8 befindliche Bezugselektrolyt 18 wurde mit einem Schaumstoffkissen 40 mit einer Dicke von annähernd 2 mm abgedeckt. Durch das Schaumstoffkissen 40 sollte ein Ein dringen des Bezugselektrolyten 18 in den Hohlraum 32 in der Kammer 8 beim Transport der Messkette vermieden werden. In den Hohlraum 32, dessen Volumen annähernd 3,3 ml betrug, wur de über die in die Wandung des Gehäuses 4 eingeschmolzene Platinkapillare 34, mit einem Aussendurchmesser von 0,3 mm, Druckluft eingeführt, bis der Innendruck im Hohlaum 32 maxi mal 4 bar betrug. Dann wurde die Platinkapillare an der Quetschstelle 38 mit einer Zange abgequetscht und so gasdicht verschlossen. Da stets ein kleiner aber von Null verschiede ner Druchfluss des gelartigen Bezugselektrolyten 18 durch das Diaphragma 26 in das Messmedium 28 stattfindet, wurde als Diaphragma 26 ein Keramikstift mit einer mittleren Poren größe von 1 µm verwendet. Für die Wahl des Diaphragmas wurde die bekannte Abhängigkeit der Druchflussmenge des Bezugs elektrolyten von seiner Viskosität und den geometrischen Parameter des Diaphragmas als Parameter verwendet, wobei vorge geben wurde, dass der Durchfluss des gelartigen Bezugselekto lyten 18 durch das Diaphragma 0,2 ml pro Monat bei einem Überdruck von 1 bar in der Kammer 8 beträgt. Auf diese Weise ist es im Einzelfall möglich die Parameter der Messkette, wie Abmessungen des Gehäuses, Viskosität des Bezugselektrolyten, Porosität des Diaphragmas, Volumenverhältnis von Bezugs elektrolyt zu Gas rechnerisch zu ermitteln und auf den je weiligen Verwendungszweck abzustimmen. Dabei gilt die Regel, dass für kleinere Messketten, wie sie für den Einsatz in sehr kleinen Bioreaktoren erforderlich sind, weniger poröse Dia phragmen oder höherviskose Bezugselektrolyten einzusetzen sind.To check the pressure stability, a pH measuring chain was subjected to a long-term test that extended over 18 months. For this purpose, a sterilizable pH measuring chain 2 with an outer diameter of 12 mm and a length of 120 mm was used. A 3- to 4-molar potassium chloride solution was used as the reference electrolyte 18 , which contained an acrylamide as a thickening agent and had a viscosity of approximately 10 Pascal seconds. Instead of the acrylamide, other thickeners such as methacrylamides, silicic acid, hydroxylated celluloses and polysaccharides can also be used. When selecting the thickeners, care must be taken that they are compatible with the salt of the electrolyte solution and that they are resistant to temperatures of up to 135 ° C during sterilization. The volume of the gelled reference electrolyte 18 was 4.6 ml. The reference electrolyte 18 located in the chamber 8 was covered with a foam cushion 40 with a thickness of approximately 2 mm. The foam pad 40 should prevent the reference electrolyte 18 from penetrating into the cavity 32 in the chamber 8 when the measuring chain is being transported. Compressed air was introduced into the cavity 32 , the volume of which was approximately 3.3 ml, via the platinum capillary 34 , melted into the wall of the housing 4 , with an outer diameter of 0.3 mm, until the internal pressure in the cavity 32 was a maximum of 4 bar amounted to. Then the platinum capillary was squeezed off at pinch point 38 with a pair of pliers and thus sealed gas-tight. Since there is always a small but non-zero flow of the gel-like reference electrolyte 18 through the diaphragm 26 into the measuring medium 28 , a ceramic pin with an average pore size of 1 μm was used as the diaphragm 26 . For the selection of the diaphragm, the known dependency of the flow rate of the reference electrolyte on its viscosity and the geometric parameters of the diaphragm were used as parameters, it being stipulated that the flow of the gel-like reference electrolyte 18 through the diaphragm was 0.2 ml per month an overpressure of 1 bar in the chamber 8 . In this way, it is possible in individual cases to calculate the parameters of the measuring chain, such as dimensions of the housing, viscosity of the reference electrolyte, porosity of the diaphragm, volume ratio of reference electrolyte to gas, and to match them to the respective intended use. The rule applies that for smaller measuring chains, as required for use in very small bioreactors, less porous diaphragms or higher-viscosity reference electrolytes are to be used.

Bei dem beschriebenen Langzeitversuch zeigte sich, dass die Messkette 2 auch nach mehrmaliger Sterilisation einen Innen druck in der Kammer 8 von mindestens 0,5 bar aufwies. Dadurch wurde das Eindringen von Messmedium in den Bezugselektrolyten 18 und damit seine Veränderung vollständig unterbunden. Dies zeigte sich im besonderen durch die Lieferung stabiler und reproduzierbarer Spannungswerte. In the long-term test described, it was found that the measuring chain 2 had an internal pressure in the chamber 8 of at least 0.5 bar even after repeated sterilization. This completely prevented the penetration of the measuring medium into the reference electrolyte 18 and thus its change. This was shown in particular by the supply of stable and reproducible voltage values.

Reference number list 2 pH measuring chain
4 housing
6 inner chamber
8 annular chamber
10 melting
12 membrane
14 conductor element for measuring electrode
16 line
18 reference electrolyte
20 lead element for reference electrode
22 line
24 lower section
26 diaphragm
28 measuring medium
30 upper section
32 cavity
34 feed
36 melting point
38 pinch point
40 foam pillows

Claims

1.Sterilisable pH measuring chain for monitoring microbiological processes with a measuring electrode and a reference electrode in a closed tubular glass housing, which has an inner chamber with a drainage system for the measuring electrode and an ion-selective membrane and a concentrically arranged annular outer chamber for receiving an gel-like reference electrolyte and a lead system for the reference electrode, wherein the reference electrolyte can be brought into contact with the measuring medium via a diaphragm arranged in the lower section of the tubular housing, which is immersed in a measuring medium in a bioreactor, characterized in that above the reference electrode lyten ( 18 ) in the annular chamber ( 8 ) in the section ( 30 ) of the tubular housing ( 4 ), a cavity ( 32 ) is arranged, in which there is a pressurized gas in conjunction with the reference electrolyte ( 18 ) dung stands and through the in d he chamber ( 8 ) of the tubular housing ( 4 ) an internal pressure can be maintained which is greater than the pressure of the measuring medium ( 28 ), and that in the cavity ( 32 ) a gas-tight in the wall of the housing ( 4 ) attached supply ( 34 ) opens for the gas, which can be closed gas-tight.

2. pH measuring chain according to claim 1, characterized in that the volume of the cavity ( 32 ) is approximately two thirds of the volume of the reference electrolyte ( 18 ).

3. pH measuring chain according to claim 1 or 2, characterized in that the gas in the cavity ( 32 ) is compressed air.

4. pH measuring chain according to one of claims 1 to 3, characterized in that the internal pressure in the chamber ( 8 ) of the tubular housing ( 4 ) is 0.5 to 4 bar.

5. pH measuring chain according to one of claims 1 to 4, characterized in that the feed ( 34 ) is a platinum capillary, preferably with an outer diameter of 0.3 to 0.5 mm.

6. pH measuring chain according to claim 5, characterized in that the platinum capillary is melted into the wall of the tubular housing ( 4 ).

7. pH measuring chain according to one of claims 1 to 6, characterized in that a foam cushion ( 40 ) is arranged above the reference electrolyte ( 18 ), which covers the reference electrolyte and extends up to the walls of the chamber ( 8 ) of the housing ( 4 ) extends.

8. pH measuring chain according to one of claims 1 to 7, characterized in that the reference electrolyte ( 18 ) contains a heat-resistant thickener.