DE4218937A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Formaldehydkonzentration in wässrigen Medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Formaldehydkonzentration in wäßrigen Medien.

Seit Beginn der Diskussionen der carcinogenen Eigenschaften von Formaldehyd ist das Interesse an seiner empfindlichen und exakten Erfassung stark gestiegen, da die weit verbrei­ tete Anwendung von Formaldehyd in der Forschung und insbe­ sondere in der Industrie ein einfaches, spezifisches und sensitives Verfahren zu dessen quantitativer Bestimmung erforderlich macht. Aus diesen Gründen sind eine Vielzahl von Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Formaldehyd entwickelt worden, die z. B. auf spektrophotometrischen, auf elektrochemischen, auf gaschromatographischen oder auf hochdruckflüssigkeits-chromatographischen Methoden beruhen. All diese Verfahren haben aber unterschiedliche, vielfach sogar erhebliche Nachteile, weil sie entweder nicht emp­ findlich bzw. nicht spezifisch genug sind, oder weil to­ xische und/oder teure Chemikalien oder komplizierte und teure Geräte erforderlich sind.

Es wurden auch analytische Methoden unter Verwendung von Biokatalysatoren entwickelt. Zur enzymatischen Formaldehyd- Bestimmung sind in der Literatur verschiedene Formaldehyd- Dehydrogenasen beschrieben. Ihnen ist gemeinsam, daß Form­ aldehyd in Gegenwart dieser Enzyme durch NAD⁺ zu Ameisen­ säure oxidiert und gleichzeitig das oxidierte Coenzym zu NADH reduziert wird (M.H.Ho, M. Samanifar, Anal. Chim. Acta, 215, 249-257, 1988). Die Zunahme des NADH wird dann photo­ metrisch bei 340 nm gemessen, und die photometrisch be­ stimmte NADH-Konzentration entspricht der Formaldehyd-Kon­ zentration in der Lösung. Dies eben beschriebene enzyma­ tische Verfahren zur Formaldehyd-Bestimmung hat aber den Nachteil, daß sowohl die teuren Formaldehyd-Dehydrogenasen als auch das teure Coenzym nur einmal verwendet werden können und nach der Formaldehyd-Bestimmung verworfen werden müssen.

Man hat deshalb versucht, den hohen Enzymverbrauch durch Immobilisierung der Formaldehyd-Dehydrogenasen einzuschrän­ ken. Dieses Anwendungsprinzip von Enzymen in der Analytik wurde für Formaldehyd-Bestimmungen in der DE-OS 37 20 506 beschrieben. Bei dieser Verfahrensweise ist der Coenzym- Verbrauch aber nach wie vor genauso hoch, wie bei den analytischen Methoden mit löslicher Formaldehyd- Dehydrogenase. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, über eine Regenerierung des verbrauchten Coenzyms und dessen Wiedereinsatz im Analysesystem auch dieses Problem zu lösen. Aber trotz erfolgversprechender Ansätze zur Coenzym- Regenerierung mit chemischen, elektrochemischen oder enzy­ matischen Methoden gibt es kein praktikables Analysensystem zur Formaldehyd-Bestimmung, welches die Coenzym- Regenerierung einschließt.

In der Literatur sind Biosensoren zur Formaldehyd-Bestimmung mittels Formaldehyd-Dehydrogenasen beschrieben. Ein solcher Sensor arbeitet z. B. reagentienlos ohne Coenzym-Verbrauch mit einem piezoelektrischen Kristall als Transduktor (G.G. Guilbault, J. Ngeh-Ngwainbi, GBF-Monographie, 10, 187, 1987). Bei diesem Biosensor wird eine Formaldehyd- Dehydrogenase auf einem Piezo-Kristall immobilisiert, und es wird die Formaldehyd-Konzentration direkt in der Gasphase gemessen. Die dabei durch Wechselwirkung des gasförmigen Formaldehyds mit dem Enzym auftretende Massenänderung ist mit Formaldehyd-Konzentration abhängigen Frequenzänderungen verbunden, die durch den Piezo-Kristall erfaßt werden. Nachteil dieses Verfahrens ist aber, daß Formaldehyd in überwiegend zu analysierenden wäßrigen Lösungen nicht gemessen werden kann, sondern erst nach dem Austreiben aus diesen Lösungen, und daß die Regenerierung des Sensors nach dem Messen zum Erreichen seines Grundzustandes erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem Formaldehyd in wäß­ rigen Medien einfach, schnell, kostengünstig, zuverlässig, spezifisch und selektiv bestimmt werden kann. Das Verfahren soll außerdem universell einsetzbar sein, z. B. in der Mikrobiologie, in der Chemie, in der Medizin, im Umwelt­ schutz, sowie in der Textil-, Holz-, Kunststoff-, Kosmetik- oder Nahrungsmittelindustrie, also überall dort, wo die Bestimmung von Formaldehyd-Konzentrationen unerläßlich ist. Ferner soll das Verfahren ohne den Einsatz von kosten­ intensiven oder toxischen Substanzen durchführbar sein.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch,
daß man Mikroorganismen, welche aus Formaldehyd in wäßrigen Medien eines oder mehrere Produkte bilden, die in wäßrigen Medien eine pH-Wertänderung verursachen, an der pH- sensitiven Fläche eines pH-Werte messenden Sensors immobi­ lisiert, indem man die Mikroorganismen zwischen der Sensor­ oberfläche und einem wasserunlöslichen, für Formaldehyd und für die daraus gebildeten, pH-Wertänderungen verursachenden Produkte permeablen Membran einschließt,
daß man die immobilisierten Mikroorganismen und den pH-Werte messenden Sensor mit definierten Mengen wäßriger Meßmedien mit bekannten Formaldehydkonzentrationen und mit Pufferka­ pazitäten zwischen 1*10^-5 und 1*10^-2 mol/l kontaktiert, und daß man die in einem definierten Zeitintervall durch die von den Mikroorganismen aus Formaldehyd erzeugten Produkte verursachten pH-Wertänderungen als Meßsignale erfaßt,
daß man die immobilisierten Mikroorganismen und den pH-Werte messenden Sensor mit einer definierten Menge des zu unter­ suchenden, wäßrigen Mediums mit unbekannter Formaldehyd­ konzentration und mit einer Pufferkapazität zwischen 1*10^-5 und 1*10^-2 mol/l kontaktiert, und daß man die in einem definierten Zeitintervall durch die von den Mikroorganismen aus Formaldehyd erzeugten Produkte verursachte pH- Wertänderung als Meßsignal erfaßt, und
daß man die Formaldehydkonzentration des zu untersuchenden, wäßrigen Mediums durch Vergleich des Meßsignales mit den Meßsignalen der Meßmedien bestimmt.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Formaldehyd-Konzentration in wäßrigen Medien einfach, schnell, kostengünstig, zuver­ lässig, spezifisch und selektiv bestimmt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist universell einsetzbar, es kann z. B. in der Mikrobiologie, in der Chemie, in der Medizin, im Umweltschutz, sowie in der Textil-, Holz-, Kunststoff-, Kosmetik- oder Nahrungsmittelindustrie ange­ wendet werden. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren ohne den Einsatz von kostenintensiven oder toxischen Sub­ stanzen durchführbar.

Ein weiterer großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es über alle Vorteile eines enzymatischen Verfahrens verfügt, daß aber eine externe Coenzym-Zugabe nicht erforderlich ist.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann Formaldehyd nicht nur in wäßrigen Medien quantitativ bestimmt werden, sondern das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu verwendet werden, um den Formaldehyd-Gehalt von Luft oder anderen Gasen bzw. Gasgemischen quantitativ zu erfassen. Auf Grund der sehr guten Löslichkeit von Formaldehyd in wäßrigen Lösungen kann nach Durchleiten einer definierten Menge formaldehydhaltiger Luft oder anderer Gase durch eine wäßrige Lösung und der quantitativen Bestimmung des Form­ aldehyds in der wäßrigen Lösung auf den Formaldehydgehalt der Luft bzw. der Gase rückgeschlossen werden.

Als pH-Werte messende Sensoren können die verschiedenen bekannten Typen eingesetzt werden. Bevorzugt werden dabei Glas- oder Metallelektroden, pH-sensitive, ionenselektive Feldeffekttransistoren oder mit einer pH-sensitiven Po­ lymermembran versehene, chemisch modifizierte Sensoren ver­ wendet. Besonders bevorzugt sind die bewährten Glaselektro­ den zur pH-Messung, weil sie empfindlich und schnell auf pH-Änderungen ansprechen, über einen langen Zeitraum repro­ duzierbare Meßergebnisse liefern und kommerziell leicht zugänglich sind.

Geeignete Mikroorganismen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind all diejenigen, die Formaldehyd als Energie- und Kohlenstoffquelle verwerten können, und die Formaldehyd unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Produkten umsetzen, die in wäßrigen Medien eine pH-Wertänderung bewirken. Ein solches Produkt ist z. B. Ameisensäure.

Geeignete Mikroorganismen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man, indem man aus Boden- oder Wasserproben nach bekannten Methoden diejenigen Mikroorganismen mittels Formaldehyd als einziger Kohlen­ stoff- und Energiequellen isoliert, die in der Lage sind, Formaldehyd abzubauen. Mit Hilfe eines Schnelltestes werden dann aus diesen Mikrorganismen diejenigen ermittelt, die aus Formaldehyd Produkte bilden, die im wäßrigen Milieu eine pH-Wertänderung verursachen. Die so ermittelten und iso­ lierten Mikrorganismen werden dann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt. Die Anzucht erfolgt nach üblichen Methoden, z. B. auf komplexen Nährmedien wie Nährbouillon oder auf mineralischen Nährmedien unter Zugabe von Formaldehyd als einziger Kohlenstoffquelle.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß Zellen des Mikroorganismus Pseudomonas Putida Stamm "J3" besonders gute Ergebnisse liefern.

Die Mikroorganismen werden nach üblichen Methoden an der Sensoroberfläche immobilisiert und gegenüber dem wäßrigen Medium durch eine wasserunlösliche Membran abgetrennt, die den Transport von Formaldehyd zu den eingeschlossenen Mikroorganismen und den Abtransport der gebildeten, pH- Wertänderungen verursachenden Produkte erlaubt, sowie das Wegspülen der Mikroorganismen von der Sensoroberfläche verhindert. Geeignete Membranen sind z. B. kommerzielle Dialysemermembranen oder Polymermembranen aus Polyamiden, Polyestern, aus Polyethylen oder Polypropylen.

Ziel der Immobilisierung ist eine maximale biokatalytische Aktivität, verbunden mit einer verbesserten Stabilität der Immobilisate. Bevorzugte Immobilisierungsmethoden sind Einschluß, Einbettung, Quervernetzung, kovalente Bindung oder Adsorption. Die einfachste Methode ist der Einschluß der Mikroorganismen zwischen der Sensoroberfläche und der wasserunlöslichen Membran.

Eine weitere bevorzugte Immobilisierungsmethode ist das Einbetten der Mikroorganismen in Gele, die aus wasserlöslichen und/oder in Wasser quellbaren und/oder in mit Wasser mischbaren Makromolekülen gebildet werden. Solche Makromoleküle sind z. B. Albumin, Hämoglobin, Gelatine, Agar, Polyvinylalkohole, Alginat, Chitosan oder Carrageenan.

Eine weitere Möglichkeit zur Immobilisierung der Mikroorga­ nismen besteht in deren adsorptiven Bindung an hydrophoben oder mit Mikroorganismen bindenden Liganden modifizierten Membranen. Diese Membranen werden an der Sensoroberfläche so fixiert, daß die Mikroorganismen direkt auf der Sensorober­ fläche aufliegen und die nicht-modifizierte Membranoberflä­ che nach außen gerichtet ist. Geeignete hydrophobe Membranen bestehen z. B. aus Polystyrol oder Polypropylen. Mikroorga­ nismen bindende Liganden sind z. B. zucker-bindende Proteine.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Immobilisierung besteht darin, daß man die zwischen der Sensoroberfläche und der wasserunlöslichen Membran befindlichen Mikroorganismen durch Quervernetzung mit einer oder mehreren bifunktionellen Substanzen immobilisiert oder die bereits immobilisierten Mikroorganismen weiter stabilisiert. Mit Hilfe dieser Maßnahme werden entweder die Mikroorganismenzellen allein oder, wenn sie z. B. in Gemischen mit gelbildenden Molekülen vorliegen, zusammen mit diesen vernetzt. Durch diese Ausge­ staltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Tempera­ tur- und die Arbeitsstabilität des Sensors beim Meßvorgang weiter erhöht, es wird das Rauschen seines Grundsignales vermindert, und es wird die Lagerstabilität des Immobilisates verbessert. Geeignete bifunktionelle Sub­ stanzen sind organische oder anorganische Verbindungen, bei denen die Reaktivität der beiden funktionellen Gruppen ausreichend für die Quervernetzung ist. Bevorzugte bifunktionelle Substanzen sind z. B. Glutaraldehyd, Cyanurchlorid, Diisocyanate, Dicarbonsäuredichloride oder Metallsalze.

Zur Bestimmung der Formaldehyd-Konzentration wird der mit einer Auswerteeinheit (z. B. einem pH-Meter) verbundene, erfindungsgemäß präparierte Sensor zur Erstellung einer Eichkurve zunächst mit definierten Mengen wäßrigen Meßme­ dien bekannter Formaldehyd-Konzentration und anschließend mit einer definierten Menge des zu bestimmenden wäßrigen Mediums kontaktiert. Als wäßrige Medien kommen in erster Linie wäßrige Lösungen in Frage, es können aber auch formaldehyd-haltige Hydrogele vermessen werden. Das Kontaktieren des erfindungsgemäß präparierten Sensors mit den wäßrigen Medien erfolgt z. B. in der Weise, daß der Sensor in ein Gefäß, das die wäßrigen Medien enthält, getaucht wird. Dabei werden zur Aufnahme der Eichkurve entweder bereits formaldehyd-haltige Meßmedien verwendet oder aber es werden Meßmedien eingesetzt, in die erst nach dem Eintauchen des Sensors eine definierte Menge einer Fomaldehyd-Lösung bekannter Konzentration zugesetzt wird.

Da Art und Menge des Meßmediums und seine damit verbundenen physikalisch/chemisch Eigenschaften von großer Bedeutung für die Erzeugung ausreichend großer pH-Wertänderungen ist, die wiederum wichtig für die Richtigkeit der erzielten Meßer­ gebnisse sind, liegt die Pufferkapazität der Meßmedien bzw. der zu bestimmenden Medien zwischen 1*10^-5 und 1*10^-2 mol/l, wobei Pufferkapazitäten zwischen 5*10^-3 und 5*10^-4 mol/l bevorzugt sind. Die Einstellung der Pufferkapazität erfolgt nach üblichen Methoden. Bevorzugte Meßmedien sind physiolo­ gische Kochsalzlösungen und Phosphat-Puffer, deren pH-Wert zwischen 4.0 und 9.0, bevorzugt zwischen 6.5 und 7.0 liegt, und die über die o.g. Puffer-Kapazitäten verfügen. Vorzugs­ weise wird der pH-Wert der zu untersuchenden Meßmedien ebenfalls auf Werte zwischen 4.0 und 9.0 eingestellt.

Zur Bestimmung der Formaldehyd-Konzentration wird vom erfindungsgemäß präparierten Sensor diejenige pH- Wertänderung erfaßt, die in einem definierten Volumen und in einem definierten Zeitintervall durch die von den Mikroor­ ganismen erzeugten Produkte verursacht wird. Bevorzugte Zeitintervalle liegen zwischen 0.1 und 10 Minuten, kürzere oder längere Zeiten sind ebenfalls möglich. Es wurde erwar­ tet, daß Meßintervalle im Bereich bis zu 10 Minuten gewählt werden müssen, damit ein genügend hohes Meßsignal erreicht werden kann. Überraschenderweise wurde gefunden, daß ver­ gleichsweise kleine Meßzeitintervalle im Sekundenbereich genauere Meßergebnisse liefern, als große Meßzeitintervalle.

Bevorzugte Volumina betragen bis zu 50 ml, in Abhängigkeit von der Sensorform, können auch 1 bis 5 ml bevorzugt sein. Kleinere oder größere Volumina sind aber ebenfalls möglich.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß handelsübliche, pH-Werte messende Sensoren schnell, einfach und preisgünstig in Vorrichtungen umgebaut werden können, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Diese erfindungsgemäßen Vorrich­ tungen sind einfach handhabbar und bieten zudem den Vorteil, daß sie leicht zu automatisieren sind und deshalb in den unterschiedlichsten wäßrigen und gasförmigen Medien und in den verschiedensten Anwendungsbereichen einsetzbar sind.

Die Umrüstung der handelsüblichen, pH-Werte messenden Sensoren zu den erfindungsgemäßen Vorrichtungen erfolgt in der Weise, daß an deren pH-sensitiven Flächen Mikroorganis­ men immobilisiert sind, welche aus Formaldehyd in wäßrigen Medien Produkte bilden, die in wäßrigen Medien eine pH- Wertänderung verursachen. Diese Mikroorganismen sind zwi­ schen der Sensoroberfläche und einer wasserunlösliche Membran eingeschlossen, die für Formaldehyd und für die daraus gebildeten Produkte permeable ist. Bevorzugte, pH-Werte messende Sensoren sind handelsübliche, pH-Wert- Änderungen anzeigende Glas- oder Metallelektroden, pH- sensitive, ionenselektive Feldeffekttransistoren oder mit einer pH-sensitiven Polymermembran versehene, chemisch modifizierte Sensoren.

Bei bevorzugten Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung sind die Mikroorganismen zwischen der Sensoroberfläche und der wasserunlöslichen Membran in der Weise immobili­ siert, daß sie in Gele eingebettet sind, die aus wasserlöslichen und/oder aus in Wasser quellbaren und/oder aus in mit Wasser mischbaren Makromolekülen bestehen. Geeignete Makromoleküle hierfür sind bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Mikroorganismen an der der Sensoroberfläche zugekehrten Seite der wasserunlöslichen Membran adsorptiv gebunden oder sie sind über Mikroorganismen kovalent-bindende, funktionelle Gruppen immobilisiert. Nähere Einzelheiten hierzu wurden bereits bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargelegt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthalten die sich zwischen der Sensoroberfläche und der wasserunlöslichen Membran befindlichen Mikroorga­ nismen durch Quervernetzung mit einer oder mehreren bifunktionellen Verbindungen immobilisiert und/oder stabi­ lisiert. Nähere Einzelheiten hierzu, insbesondere zu den bifunktionellen Verbindungen, wurden bereits im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben.

Ganz besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthalten an der pH-sensitiven Fläche des pH-Werte messenden Sensors Zellen des Mikroorga­ nismus Pseudomonas putida Stamm "J3".

Abb. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vor­ richtung und die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens. In einer thermostatisierbaren Meßkammer (3), die durch ein Absaugventil (6) verschlossen ist, befindet sich die Meßlösung (1) bzw. die zu untersuchende Probenlösung. Diese werden zur Vermeidung eines Konzentrationsgefälles mit einem Magnetrührer (2) gut durchmischt. In die Meß- bzw. Proben­ lösung ragt der pH-Werte messende Sensor, an dessen pH- sensitiver Fläche sich die immobilisierten Mikroorganismen und die wasserunlösliche Membran (5) befindet. Über einen pH-sensitiven Transducer (4) ist ein pH-Meter (8) ange­ schlossen. Aus der formaldehyd-haltigen Meß- bzw. Probenlö­ sung wird mittels der immobilisierten Mikroorganismen z. B. Ameisensäure gebildet, welche eine pH-Wertsenkung der Meß- bzw. Probenlösung verursacht. Diese pH-Wertänderung wird über das pH-Meter angezeigt.

Neben dieser eben dargestellten Version der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auch möglich, diese als Durchflußmeßzelle zu gestalten, oder gängige Durchflußmeß­ zellen als erfindungsgemäße Vorrichtung zu präparieren.

Abb. 2 zeigt eine Eichkurve, die wie in Beispiel 1 angegeben gewonnen wurde.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläu­ tert.

Beispiel 1

Pseudomonas putida "J3" wird auf einem mit Agar verfe­ stigten, mineralischen Nährmedium, welches außer üblicher­ weise verwendeten Nährsalzen keine Zusätze an organischen Kohlenstoffverbindungen enthält, in einer mit Formaldehyd angereicherten Gasphase emers kultiviert. Nach 2- bis 4tägiger Kultivierung bei 30°C werden die Zellen mit physiologischer Kochsalzlösung abgeschwemmt, und die erhal­ tene Zellsuspension wird zentrifugiert. 15 mg (Feuchtge­ wicht) der sedimentierten Zellen werden auf der pH- sensitiven Flachmembran einer pH-Elektrode verteilt und durch eine Dialysemembran meßseitig abgeschlossen. Nach dem Eintauchen des so präparierten Formaldehydsensors in eine mit 5 ml 1 mmol/l Phosphatpuffer vom pH-Wert 7.0 gefüllte, auf Umgebungstemperatur temperierte und gerührte Meßzelle wird nach der Konstanz des Ausgangssignals mit der Messung begonnen. Die Zugabe einer Formaldehyd enthaltenden Meßprobe bewirkt eine Änderung des pH-Wertes, die mit einem pH-Wert anzeigenden Gerät gemessen wird. Für die Auswertung wird die pH-Änderung im Meßzeitintervall von 30 bis 60 Sekunden herangezogen. Danach wird die Meßzelle entleert und so lange mit dem Meßpuffer gespült, bis das konstante Ausgangssignal erreicht ist. Dann kann mit einer neuen Messung begonnen und auf diese Weise eine Eichkurve aufgenommen werden. Die Konzentrationen an Formaldehyd in unbekannten Meßproben werden mit Hilfe der Eichkurve bestimmt.

Der mikrobielle Formaldehyd-Sensor zeichnet sich durch eine hohe Stabilität aus. Nach 4wöchigem, täglichen Messen und Aufbewahren im Meßpuffer bei Zimmertemperatur konnten noch 85% der Ausgangsaktivität bestimmt werden. Der lineare Meßbereich dieses Formaldehyd-Sensors erstreckt sich bis 2.5 mmol/l Formaldehyd.

Beispiel 2

Pseudomonas putida "J3" wird auf einer mit Agar verfe­ stigten, kommerziell erhältlichen Nährbouillon (Pepton-Me­ dium), welche außer üblicherweise verwendeten Nährsalzen keine Zusätze an organischen Kohlenstoffverbindungen ent­ hält, in einer mit Formaldehyd angereicherten Gasphase emers kultiviert. Nach 2- bis 4tägiger Kultivierung bei 30°C werden die Zellen mit physiologischer Kochsalzlösung abge­ schwemmt, und die erhaltene Zellsuspension wird zentrifu­ giert. 100 mg (Feuchtgewicht) der sedimentierten Zellen werden in 0.5 ml physiologischer Kochsalzlösung suspendiert. Zu dieser Suspension werden 0.5 ml einer 5%igen Polyvinylalkohol-Lösung addiert, und in dem entstandenen Gemisch werden die Zellen gleichmäßig verteilt. 0.05 ml der Suspension aus Zellen und Polyvinylalkohol werden auf ein Stück Dialyseschlauch aufgetropft. Nach 24stündigem Trock­ nen bei 4°C wird die Membran zur Herstellung eines Formal­ dehyd-Sensors verwendet, der zum Einstellen eines stabilen und konstanten Grundsignales 24 Stunden in einem Phosphat­ puffer gemäß Beispiel 1 aufbewahrt wird. Der Meßvorgang zur quantitativen Bestimmung von Formaldehyd erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß im Meßzeitin­ tervall von 60 bis 120 Sekunden gemessen wird.

Mit diesem Sensor wurde 6 Wochen lang täglich Formaldehyd ohne erkennbaren Verlust an Aktivität der mikrobiellen Membran bestimmt. Der Sensor besitzt etwa 60% der Sensiti­ vität des im Beispiel 1 beschriebenen. Sein linearer Meßbe­ reich erstreckt sich bis etwa 5 mmol/l Formaldehyd.

Claims (15)

1. Verfahren zur Bestimmung der Formaldehydkonzentration in wäßrigen Medien mit folgenden Merkmalen:

• - man immobilisiert Mikroorganismen, welche aus Formaldehyd in wäßrigen Medien eines oder mehrere Produkte bilden, die in wäßrigen Medien eine pH-Wertänderung verursachen, an der pH-sensitiven Fläche eines pH-Werte messenden Sensors, indem man die Mikroorganismen zwischen der Sensoroberfläche und einer wasserunlöslichen, für Formaldehyd und für die daraus gebildeten, pH-Wertänderungen verursachenden Produkte perme­ ablen Membran einschließt;
• - man kontaktiert die immobilisierten Mikroorganismen und den pH-Werte messenden Sensor mit definierten Mengen wäßri­ ger Meßmedien mit bekannten Formaldehydkonzentrationen und mit Pufferkapazitäten zwischen 1*10^-5 und 1*10^-2 mol/l, und man erfaßt die in einem definierten Zeitintervall durch die von den Mikroorganismen aus Formaldehyd erzeugten Produkte verursachten pH-Wertänderungen als Meßsignale;
• - man kontaktiert die immobilisierten Mikroorganismen und den pH-Werte messenden Sensor mit einer definierten Menge des zu untersuchenden, wäßrigen Mediums mit unbekannter Formaldehydkonzentration und mit einer Pufferkapazität zwi­ schen 1*10^-5 und 1*10^-2 mol/l, und man erfaßt die in einem definierten Zeitintervall durch die von den Mikroorganismen aus Formaldehyd erzeugten Produkte verursachte pH-Wertände­ rung als Meßsignal;
• - man bestimmt die Formaldehydkonzentration des zu untersu­ chenden, wäßrigen Mediums durch Vergleich des Meßsignales mit den Meßsignalen der Meßmedien.

2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß man als pH-Werte messenden Sensor pH-Wert-Änderungen anzei­ gende Glas- oder Metallelektroden, pH-sensitive, ionenselek­ tive Feldeffekttransistoren oder mit einer pH-sensitiven Po­ lymermembran versehene, chemisch modifizierte Sensoren ver­ wendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Mikroorganismen zwischen der Sensoroberflä­ che und der wasserunlöslichen Membran in wasserlösliche und/ oder in Wasser quellbare und/oder in mit Wasser mischbare Makromoleküle einbettet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net; daß man die Mikroorganismen an der der Sensoroberfläche zugekehrten Seite der wasserunlöslichen Membran über adsorp­ tive Bindungen oder über Mikroorganismen kovalent bindende funktionelle Gruppen immobilisiert.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die zwischen der Sensor­ oberfläche und der wasserunlöslichen Membran befindlichen Mikroorganismen durch Quervernetzung mit einer oder mehreren bifunktionellen Verbindungen immobilisiert und/oder stabili­ siert.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Zellen des Mikroorganis­ mus Pseudomonas putida Stamm "J3" zwischen der pH-sensitiven Fläche des pH-Werte messenden Sensors und der wasserunlösli­ chen Membran immobilisiert.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Meßlösung verwendet, deren pH-Wert zwischen 4.0 und 9.0 liegt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Meßlösung verwendet, deren Pufferkapazität zwischen 5*10^-3 und 5*10^-4 mol/l liegt.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die pH-Wertänderung in einem Zeitintervall von 0.1 bis 10 Minuten mißt.

10. Vorrichtung zur Bestimmung der Formaldehydkonzentration in wäßrigen Medien, gekennzeichnet durch einen pH-Werte messenden Sensor, an dessen pH-sensitiver Fläche Mikroorga­ nismen immobilisiert sind, welche aus Formaldehyd in wäßri­ gen Medien Produkte bilden, die in wäßrigen Medien eine pH- Wertänderung verursachen, und durch eine wasserunlösliche, für Formaldehyd und für die daraus gebildeten, pH-Wertände­ rungen verursachenden Produkte permeablen Membran, wobei die Mikroorganismen zwischen der Sensoroberfläche und der was­ serunlöslichen Membran immobilisiert sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Werte messende Sensor eine pH-Wert-Änderungen an­ zeigende Glas- oder Metallelektrode, ein pH-sensitiver, ionenselektiver Feldeffekttransistor oder ein mit einer pH- sensitiven Polymermembran versehener, chemisch modifizierter Sensor ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikroorganismen zwischen der Sensorober­ fläche und der wasserunlöslichen Membran in wasserlösliche und/oder in Wasser quellbare und/oder in mit Wasser mischba­ re Makromoleküle einbettet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikroorganismen an der der Sensoroberflä­ che zugekehrten Seite der wasserunlöslichen Membran über ad­ sorptive Bindungen oder über Mikroorganismen kovalent bin­ dende funktionelle Gruppen immobilisiert sind.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zwischen der Sensoroberfläche und der wasserunlöslichen Membran befindli­ chen Mikroorganismen durch Quervernetzung mit einer oder mehreren bifunktionellen Verbindungen immobilisiert und/oder stabilisiert sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14; dadurch gekennzeichnet, daß an der pH-sensitiven Fläche des pH-Werte messenden Sensors Zellen des Mikroorga­ nismus Pseudomonas putida Stamm "J3" immobilisiert sind.