DE4314981A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB)

Info

Publication number
DE4314981A1
DE4314981A1 DE4314981A DE4314981A DE4314981A1 DE 4314981 A1 DE4314981 A1 DE 4314981A1 DE 4314981 A DE4314981 A DE 4314981A DE 4314981 A DE4314981 A DE 4314981A DE 4314981 A1 DE4314981 A1 DE 4314981A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cuvette
biocatalysts
reaction
bod
immobilized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE4314981A
Other languages
English (en)
Other versions
DE4314981C2 (de
Inventor
Michael Kaczor
Klaus Dipl Ing Ketterer
Susanne Fielitz
Hermann-Josef Dipl Ing Klein
Klaus Dr Rer Nat Riedel
Heinz Dipl Ing Rudde
Herbert Sudars
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hach Lange GmbH
Original Assignee
Dr Bruno Lange GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr Bruno Lange GmbH filed Critical Dr Bruno Lange GmbH
Priority to DE4314981A priority Critical patent/DE4314981C2/de
Publication of DE4314981A1 publication Critical patent/DE4314981A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4314981C2 publication Critical patent/DE4314981C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/18—Water
    • G01N33/1806—Biological oxygen demand [BOD] or chemical oxygen demand [COD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/08—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
    • C12N11/082—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/04—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier entrapped within the carrier, e.g. gel or hollow fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/08—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
    • C12N11/082—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C12N11/084—Polymers containing vinyl alcohol units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung zur Schnellanalyse des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB).
Vor allem auf dem Gebiet des Umweltschutzes, hier insbesondere auf dem Gebiet der Abwasseranalyse, besteht ein Bedarf für eine fortlaufende analytische Überwachung. Hier haben sich im Laufe der Jahre im wesentlichen zwei Bestimmungsmethoden durchgesetzt, nämlich die Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) und die Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) (vgl. A. Hütter: Summarische Wirkungs- und Stoffkenngrößen (Summen- und Gruppenparameter) in der Wasseranalytik, CLB (1992) 185- 193).
Bei der Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs geht man von der Erfassung des von der angeimpften Abwasserprobe gezehrten Sauerstoffs innerhalb einer Periode von fünf Tagen aus (biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen = BSB5).
Der BSB5 ist ein summarischer Wirkungsparameter und umschreibt als Meßgröße die leicht abbaubare organische Verschmutzung des Abwassers.
Neben wiederholt dargestellten methodischen Mängeln, die zu einer unzureichenden Reproduzierbarkeit führen, ist der Schwachpunkt der konventionellen BSB-Bestimmung der lange Zeitaufwand von 5 Tagen, der eine Kontrolle und Steuerung von Abwasserreinigungsprozessen nicht gestattet.
Regelmäßige Analysenwerte zur Prozeßregelung erfordern ein einfach zu handhabendes Meßverfahren mit kurzer Ansprechzeit, praktikablen und wartungsfreien Meßgeräten. Es ist wiederholt versucht worden, neue biologische Meßverfahren mit kurzer Analysenzeit zu entwickeln (z. B. BSB-M3, vgl. Siepmann Gewässerschutz, Wasser, Abwasser 77, 233-256 (1985), Rottox, Schowanek et. al., Med. Fac. Landgouww, Rÿks. Gent. 52, 1757-1759 (1987). Einen entscheidenden Fortschritt brachte die Entwicklung von Biosensoren und deren Einsatz zur Abwasseranalytik. Mit Hilfe von Biosensoren, speziell mit mikrobiologischen Sensoren, ist es möglich, das Abwasser in wenigen Minuten zu analysieren (GB-1586291, DD 2 53 045, DD 2 82 472). Nachteil dieser schnellen und präzisen Methoden ist der relativ hohe apparative Aufwand.
Bei einem in der DD-PS 2 53 045 beschriebenen Gerät handelt es sich um einen speziellen Sensor für die wiederholte Bestimmung des Wertes der ersten Ableitung der Funktion der Respirationskurve durch Messung der Beschleunigung der Respirationsrate als Stromänderung pro Zeiteinheit. Zweck ist es, mittels des mikrobiologischen Sensors den biochemischen Sauerstoffbedarf in einer Zeitspanne von weniger als 2 Minuten durch die Messung der Beschleunigung der Respirationsrate zu bestimmen.
Um den Sensor einsatzbereit zu machen, muß dieser mit dem jeweils zu bestimmenden Medium für ein bis zwei Tage inkubiert werden. Die damit verbundene Adaption der Mikroorganismen führt dazu, daß die für die Aufnahme der organischen Bestandteile des wäßrigen Mediums notwendigen Transportsysteme und die für den oxidativen Abbau der zu untersuchenden Substanz benötigten Enzyme optimal ausgeprägt werden. In Verbindung mit einer schonenden Immobilisierung der Mikroorganismen wird dadurch erst die Voraussetzung für eine hohe Reaktivität des mikrobiologischen Sensors für das adaptierte Medium geschaffen. Der in dieser Form vorbehandelte Sensor ist nun für die wiederholte Bestimmung des Wertes der ersten Funktion der Respirationsrate in Form der Stromänderung pro Zeiteinheit bereit.
Es wird also nicht die Änderung der Extinktionswerte, sondern die Stromänderung gemessen. Außerdem muß der mit den Mikroorganismen beschichtete Sensor über einen Zeitraum von ein bis zwei Tagen inkubiert werden.
Abgesehen davon wird durch die Inkubation gemäß der DD-PS 2 53 045 erreicht, daß der Sensor nun für eine wiederholte Messung zur Verfügung steht.
Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die Sensoren gemäß der DD-PS 2 53 045 nur mit spezifischen Reinkulturen beschichtet sind.
Die Fibel zur photometrischen Wasser- und Abwasser-Analytik; herausgegeben im Selbstverlag: Wissenschaftlich-technische Werkstätten GmbH; ausgelegt auf der "Analytika", Mai 1992, betrifft Ausführungen über die seit langem bekannte Photometrie, die sich die Gesetzmäßigkeiten nach Lambert- Beer zunutze macht. Näher erörtert wird nur die Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs als Parameter für die Abwasseranalytik. Es findet sich jedoch kein Hinweis auf die Anwendbarkeit für die Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs.
Die AT-PS 3 92 161 betrifft schließlich ein spezielles Verfahren zur Ermittlung des biochemischen Sauerstoffbedarfs von Abwasser. Das Abwasser wird hierbei einer Testflüssigkeit zugesetzt, welche genug Bakterien enthält, um die im Abwasser enthaltenen organischen Substanzen in einer Stunde mit Sauerstoff umzusetzen. In der Testflüssigkeit sind als Sauerstoffspender wirkende Verbindungen vorhanden.
Als Sauerstoffspender wird für Bakterien Nitrat zugegeben. Bei der Umsetzung dieser Substanz mit der in der zu prüfenden Flüssigkeit enthaltenen organischen Substanz entstehen Stickstoff und durch die Umsetzung des gewonnenen Sauerstoffs mit der organischen Substanz Kohlendioxid. Beide Gase werden in einem Testrohr gesammelt. Die Gasmenge dient als Maß für den BSB-Wert.
Die vorliegende Erfindung hat sich demgemäß die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs in einer Küvette mit Verschlußvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und insbesondere eine Schnellanalyse vor Ort ohne großen apparativen und zeitlichen Aufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf der Küvettenwand oder der in den Küvettenraum weisenden Innenseite der Verschlußvorrichtung mittels wasserlöslicher Polymere immobilisierte Biokatalysatoren aufgebracht sind, so daß die Küvette mit den immobilisierten Biokatalysatoren lagerfähig, bei Bedarf sofort einsatzbereit und nach dem Befüllen mit der Probe die biochemische Veränderung meßbar ist.
Aus Aufgabe und Lösung wird deutlich, daß an der Küvetteninnenwand oder an der Innenseite der Verschlußvorrichtung mittels wasserlöslicher Polymere Biokatalysatoren in immobilisierter Form aufgebracht sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Küvetten mit den immobilisierten Biokatalysatoren über längere Zeit lagerfähig sind und zugleich für den sofortigen Gebrauch einsatzbereit sind.
Im Bedarfsfalle können nämlich die Küvetten mit der Probe befüllt werden, ohne daß es einer vorherigen Aufbereitung bedarf. Die Küvetten werden für 30-180 Minuten, vorzugsweise 30-60 Minuten, einer je nach Temperaturverhalten der Mikroorganismen definierten Temperatur bzw. Temperaturintervall ausgesetzt. Nach diesem Zeitraum ist praktisch auch die biochemische Reaktion abgeschlossen. Demgemäß kann nach 30-180 Minuten bzw. 30-60 Minuten die Schutzkappe wieder entfernt und in die Küvette eine geeignete Indikatorsubstanz gefüllt werden. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Substanzen, die sich in Abhängigkeit von der Änderung der Sauerstoffkonzentration verändern. Demzufolge kann anhand der Verfärbung der durch die Biokatalysatoren verbrauchte Sauerstoff bestimmt werden.
Je nach Temperaturverhalten der eingesetzten Mikroorganismen liegt die einzuhaltende Reaktionstemperatur zwischen 10 und 60°C, vorzugsweise zwischen 20 und 40°C. Bei Einsatz thermophiler Organismen können sogar höhere Temperaturen in Betracht kommen, z. B. 70°C. In jedem Fall ist dafür Sorge zu tragen, daß die gewählte Temperatur während der gesamten Reaktionszeit aufrechterhalten bleibt.
Als Biokatalysatoren kommen erfindungsgemäß Mikroorganismen in Form von Reinkulturen und als Mischkultur sowie tierische oder pflanzliche Gewebe in Betracht. Für die Kulturen werden insbesondere Organismen aus den Familien Issatchenkia, Trichosporon, Rhodococcus, Pseudomonas und Bacillus eingesetzt.
Es ist nach der vorliegenden Erfindung demgemäß nicht notwendig, unbedingt mit standardisierten Kulturen zu arbeiten. Es kann ebenso wie bei konventionellen Verfahren zur Bestimmung des BSB5 auch mit Hilfe des Bioschlamms die Bestimmung durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß wird eine somit neuartige Kombination biochemischer Vorgänge (Reaktionen) mit direktem chemischen und/oder physikalischen Nachweis in einem Reaktionsgefäß (Küvette) zur Verfügung gestellt, indem Biokatalysatoren (Mikroorganismen, Eukaryontenzellen und -gewebe) in dem Reaktionsgefäß immobilisiert werden und die biochemische, durch die Biokatalysatoren bedingte Veränderung der Probe nach Abschluß der Reaktion chemisch und/oder physikalisch vorzugsweise photometrisch gemessen wird.
Zur BSB-Bestimmung werden die Mikroorganismen in den Küvetten immobilisiert und der Sauerstoffverbrauch nach Abschluß der Reaktion mit einer Abwasserprobe photometrisch bestimmt. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, daß die Küvetten mit den immobilisierten Biokatalysatoren lagerfähig und bei Bedarf sofort einsatzbereit sind. Vorteilhaft ist weiterhin, daß biochemische Reaktion sowie chemische und/oder physikalische Messung in ein und demselben Gefäß stattfinden. Ein Umfüllen der Suspension nach Abschluß der biochemischen Reaktion entfällt somit, d. h., das erfindungsgemäße Verfahren weist diese aus dem Stand der Technik bekannte Fehler- und Gefahrenquelle nicht auf.
Die erfindungsgemäßen Küvetten können in allgemein zur Verfügung stehenden Meßgeräten eingesetzt werden. Es sind also keine zusätzlichen Investitionskosten für neue Meßeinrichtungen erforderlich. Zudem kann bei Einsatz der erfindungsgemäßen Küvetten in Kombination mit herkömmlichen Meßgeräten das Meßergebnis sofort vor Ort erhalten werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit der erfindungsgemäßen Küvette eine besonders einfache Möglichkeit zur photometrischen Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs zur Verfügung gestellt wird. Der Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, daß die Küvetten mit den immobilisierten Biokatalysatoren fertig konfektioniert verschickt werden können und vor Ort direkt für den Einsatz zur Verfügung stehen. Es sind keine vorbereitenden Tätigkeiten erforderlich. Zudem kann ohne besonderen apparativen Aufwand und auch ohne Zuhilfenahme eines besonders geschulten Personals die Messung durchgeführt werden. Es ist nämlich lediglich erforderlich, die Küvette mit der Probe zu befüllen, nach Ablauf der 30- bis 180minütigen bzw. 30- bis 60minütigen Reaktionszeit mit einem Indikator zu befüllen und schließlich das Gefäß in ein Photometer zu geben. Der Aufwand für das Verfahren ist besonders gering, weil sämtliche Reaktionsschritte und die Messung in ein und derselben Küvette durchführbar sind.
Die Immobilisierung erfolgt in an sich bekannter Weise. Die Mikroorganismen werden aus der Kulturlösung durch Zentrifugieren abgetrennt. Die so erhaltene mikroorganismenhaltige Paste wird wiederum in einer Pufferlösung resuspensiert (z. B. Phosphatpuffer pH 6,0- 7,0). Diese Suspension wird mit einem Immobilisierungsmittel innig verrührt. Es hat sich erfindungsgemäß als besonders vorteilhaft erwiesen, die Mikroorganismen als Reinkultur anzuzüchten und in dieser Form einzusetzen.
Selbstverständlich ist es aber auch möglich, nach den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs vorzugehen und die in den Klärbecken vorhandenen Mischkulturen als Biokatalysatoren zu immobilisieren.
Bei dem Immobilisierungsmittel handelt es sich vorzugsweise um wasserlösliche Polymere. Erfindungsgemäß bevorzugt werden Polyvinylpyrrolidon und Polyvinylalkohol. Das Gemisch der Polymerlösung und der Mikroorganismen wird in die Küvette eingefüllt und dort getrocknet. An der Küvettenwand bleiben sodann die mit den Mikroorganismen versetzten Polymere als Trockensubstanz zurück.
Ebenso läßt sich das Gemisch aus Polymeren und Mikroorganismen mittels einer Pipette auf der Innenseite des Schraubdeckels 2 aufbringen und dort trocknen. Auch hier entsteht somit eine Schicht von mit Mikroorganismen versetzten Polymeren.
Erfindungsgemäß hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, in den Deckel eine Dichtsubstanz einzusetzen, welche gleichzeitig als Trägersubstrat für die Mikroorganismen dient.
In den anliegenden Fig. 1 und 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Prinzipskizze dargestellt. Hierbei wird deutlich, daß sich auf einer Küvette eine Verschlußvorrichtung befindet. In den Beispielen gemäß den Fig. 1 und 2 ist diese als Schraubverschluß dargestellt.
Gemäß Fig. 1 ist an der Innenseite 3 der Küvette eine Trägersubstanz 4 aufgebracht, welche mit den Biokatalysatoren 5 beaufschlagt ist.
Gemäß Fig. 2 ist die Trägerschicht 4 an der Innenseite des Schraubdeckels 2 angeordnet.
Der eigentliche Meßvorgang spielt sich beispielsweise wie folgt ab: eine Küvette mit immobilisierten Mikroorganismen wird z. B. mit der zu untersuchenden luftgesättigten Abwasserprobe gefüllt und mit einer Kappe verschlossen (Abb. 2: Kappe = 2, Mikroorganismen in der Kappe immobilisiert = 5).
Zur Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs wird die Küvette eine definierte Zeit einer definierten Temperatur ausgesetzt.
Hiernach wird die Schraubkappe 2 wieder entfernt und in die Küvette eine Indikatorsubstanz nachgefüllt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um solche Substanzen, die sich in Abhängigkeit von der Änderung der Sauerstoffkonzentration verfärben. Zur BSB-Bestimmung wird photometrisch die Sauerstoffkonzentration gemessen.
Ein hierzu geeignetes, für Routinemessungen optimales Verfahren steht seit kurzem zur Verfügung (Ketterer und Farjam, Vom Wasser 78, 47-56 (1992).
Darüber hinaus ist es bemerkenswert, daß sich das erfindungsgemäße Prinzip bei entsprechender Variation auch auf andere Substanzen erweitern läßt. So können auch Pestizide, Nitrate, Phenole, chlorierte Aromaten, Glukose und die Mutagenität in den verschiedenen Fluiden bestimmt werden. In diesen Zellen lassen sich als Biokatalysatoren auch Enzyme einsetzen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1 BSB-Schnellbestimmung mit einer Trichosporon cutaneum Küvette
Trichosporon cutaneum DSM 70675 wird in bekannter Art und Weise mit Polyvinylakohol (5%) in 5 ml Schraubküvetten immobilisiert (Beladung zwischen 0,1-10 mg Trockengewicht) (Nach Trennung sind diese Küvetten über längere Zeit lagerfähig). Zur BSB-Bestimmung werden derartige Küvetten jeweils bis zum Überlaufen mit Abwasserprobe, die mit Sauerstoff gesättigten Puffer pH 6,8 1 : 25, 1 : 50 und 1 : 100 verdünnt waren, gefüllt und mit einer Schraubkappe fest verschlossen. Eine weitere Küvette wird mit dem Glukosestandard (15 mg/l BSB) beschickt. Als Kontrolle kommt eine mit Puffer gefüllte Küvette zum Einsatz. Alle Küvetten werden eine bestimmte Zeit, vorzugsweise zwischen 30 und 60 Minuten, einer bestimmten Temperatur zwischen 10 und 40°C in Abhängigkeit vom Temperaturverhalten der Mikroorganismen ausgesetzt. Danach wird der Sauerstoffgehalt photometrisch nach dem oben erwähnten Verfahren (Ketterer und Farjam 1992) bestimmt. Als Sauerstoffreagenz wird eine Mischung von Brenzkatechin-3,5-disolfonat, Eisen(II)-salz und Glycinpuffer pH 9-10 in Tablettenform der Küvette zugesetzt. Anstelle des tablettenförmigen Zusatzes Farbindikatorsubstanzen sind auch andere geeignete Dosierungen möglich. Nach der Reagenziengabe werden die Küvetten sofort luftdicht verschlossen und die Reagenzien durch Schwenken der Küvetten aufgelöst. Die Extinktion der Probe- und Standardküvetten wird gegen die Kontrollküvetten mit Puffer bei einer Wellenlänge zwischen 480 und 620 nm gemessen und anhand des Standardansatzes der BSB-Wert berechnet (sh. Tabelle 1 und 2).
Tabelle 1
BSB-Bestimmung mit Trichosporon cutaneum-Küvetten bei 37° und 30 Minuten Reaktion
Beispiel 2 BSB-Schnellbestimmung mit einer Bacillus subtilis-Küvette
Bacillus subtilis wird wie im Beispiel 1 beschrieben in 5 ml Schraubküvetten immobilisiert (Beladung zwischen 0,1-10 mg Trockengewicht). Die Meßprozedur entspricht ebenfalls der in Beispiel 1 dargelegten. Die Ergebnisse der Abwasseruntersuchungen sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
Tabelle 3
BSB-Bestimmung mit Bacillus subtilis-Küvetten bei 37° und 30 Minuten Reaktion
Beispiel 3 BSB-Schnellbestimmung mit einer Küvette, die immobilisierten Bioschlamm einer Kläranlage enthält
Bioschlamm einer kommunalen Kläranlage wurde durch mehrmaliges Zentrifugieren und Resuspensieren in 0,1 mol. Phosphatpuffer pH 6,8 "gereinigt" und wie im Beispiel 1 beschrieben in Küvetten immobilisiert. Die Meßprozedur entspricht ebenfalls der im Beispiel 1 dargelegten. Die Ergebnisse der Abwasseruntersuchungen sind in Tabelle 4 zusammengestellt.
Tabelle 4
BSB-Bestimmung mit Bioschlamm-Küvetten bei 20° und 60 Minuten Reaktion
Beispiel 4 BSB-Schnellbestimmung mit Issatchenkia orientalis in einer Küvette
Issatchenkia orientalis wird in bekannter Art und Weise mit Polyvinylpyrrolidon versetzt und in einer 5 ml Glasküvette lyophilisiert mit einer Trockengewichtsbeladung von 0,1-10 mg/Küvette. Die Küvetten sind bei Temperaturen von -24°C bis +4°C über einen längeren Zeitraum lagerfähig.
Zur BSB-Bestimmung werden derartige Küvetten jeweils bis zum Überlaufen mit Abwasserprobe, die mit Sauerstoff gesättigten biologischen Puffer (pH 6,2-7,8) 1 : 25 bis 1 : 200 verdünnt waren, gefüllt und mit einer Schraubkappe gasdicht verschlossen.
Eine weitere Küvette wird mit dem Substratstandard (20 mg/l BSB, z. B. Glucose) beschickt, und als Kontrollwert dient eine mit Puffer gefüllte Küvette. Alle Küvetten werden über einen Zeitraum von 30-180 Minuten in einem bestimmten Temperaturintervall von 10-50°C in Abhängigkeit vom Temperaturverhalten der Mikroorganismen ausgesetzt. Danach wird der Sauerstoffgehalt photometrisch nach dem oben erwähnten Verfahren (Ketterer und Frajam 1992) bestimmt.
Als Sauerstoffarbreagenz wird eine Mischung von Brenzkatechin-3,5-disolfonat, Eisen(II)-salz und Glycinpuffer pH 9-10 in Tablettenform der Küvette zugesetzt. Anstelle des tablettenförmigen Zusatzes sind auch andere geeignete Dosierungen möglich.
Nach der Reagenzienzugabe werden die Küvetten sofort luftdicht verschlossen und die Reagenzien durch Schwenken der Küvetten aufgelöst. Die Extinktion der Probe- und der Standardküvetten werden gegen die Kontrollküvette mit Puffer bei einer Wellenlänge zwischen 480 und 620 nm gemessen und anhand des Standardansatzes der BSB-Wert berechnet.
Tabelle 5
BSB-Bestimmung mit Issatchenkia orientalis (Lyophilisat in der Küvette, 6 mg Trockengewicht) bei 20° und 180 Minuten Reaktion
Beispiel 5 BSB-Schnellbestimmung mit einer Substratkappe, die immobilisierten Trichosporon beigelii enthält
Trichosporon beigelii DSM 70675 wird in bekannter Weise bei Biomasseladungen von 0,1-10 mg Trockengewicht mit 5-10% Polyvinylakohollösung in der Substratkappe immobilisiert. Das Immobilisat ist bei 4°C über einen längeren Zeitraum lagerfähig. Die Meßprozedur entspricht der in Beispiel 4 dargelegten. Die Ergebnisse der Abwasseruntersuchung sind in Tabelle 6 zusammengestellt.
Tabelle 6
BSB-Bestimmung mit Trichosporon beigelii DSM 70675 (Immobilisat in der Substratkappe, 10 mg Trockengewicht), 25°C und 120 Minuten Reaktion
Beispiel 6 BSB-Schnellbestimmung mit Rhodococcus erythropolis, lyophilisiert in einer Küvette
Rhodococcus erythropolis wird wie im Beispiel 1 beschrieben konserviert. Die Meßprozedur entspricht ebenfalls der in Beispiel 1 dargelegten. Die Ergebnisse der Abwasseruntersuchung sind in Tabelle 7 dargestellt.
Tabelle 7
BSB-Bestimmung mit Rhodococcus erythropolis DSM 311 (Lyophilisat in der Küvette, 6 mg Trockengewicht), 90 Minuten bei 20°C Reaktion
Beispiel 7 Bestimmung mit Pseudomonas putida, lyophilisiert in einer Küvette
Pseudomonas putida DSM 50026 wird wie in Beispiel 1 beschrieben konserviert. Die Meßprozedur wird wie in Beispiel 4 durchgeführt, jedoch wird bei dieser Messung jeder Küvette die gleiche Menge an Glucose zugeführt (15 mg/l). Bei gleicher BSB-Konzentration der Proben wird in diesem Beispiel der Einfluß der Abwassermatrix (Schwermetalle etc.) erfaßt. Die Auswertung ist nachstehender Formel zu entnehmen.
Die BSB-Belastung der Probe ist in diesem Beispiel vernachlässigbar gering, so daß der Belastungsgrad der Probe primär auf Schwermetalle zurückzuführen ist. Die Ergebnisse der Abwasseruntersuchung (Galvanikabwasser) sind in Tabelle 8 dargestellt.
Tabelle 8
Toxizitätsbestimmung mit Pseudomonas putida (Lyophilisat in der Küvette, 10 mg Trockengewicht), 25°C und 30 Minuten Reaktion
Beispiel 8 BSB-Schnellbestimmung mit Bacillus subtilis als Immobilisat in einer Substratkappe
Bacillus subtilis wird wie im Beispiel 5 beschrieben immobilisiert. Die Meßprozedur entspricht ebenfalls der in Beipiel 4 dargelegten. Die Ergebnisse der Abwasseruntersuchung sind in Tabelle 9 dargestellt.
Tabelle 9
BSB-Bestimmung mit Bacillus subtilis (Immobilisat in der Substratkappe, 2 mg Trockengewicht), 30 Minuten bei 50°C Reaktion
=Beispiel 9 BSB-Schnellbestimmung mit einer Küvette und 2 immobilisierten Mikroorganismen
Rhodococcus erythropolis mit Issatchenkia orientalis werden wie unter Beispiel 2 beschrieben immobilisiert. Die Meßprozedur entspricht der in Beispiel 4 dargelegten. Die Ergebnisse der Abwasseruntersuchung sind in Tabelle 10 dargestellt.
Tabelle 10
BSB-Bestimmung mit Is. orientalis und Rh. erythropolis (Immobilisat je 2 mg Trockengewicht) bei 37°C und 60 Minuten Reaktion

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) in einer Küvette (1) mit Verschlußvorrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, daß auf der Küvettenwand (3) oder der in den Küvettenraum (7) weisenden Innenseite (6) der Verschlußvorrichtung (2) mittels wasserlöslicher Polymere immobilisierte Biokatalysatoren (5) aufgebracht sind, so daß die Küvette (1) mit den immobilisierten Biokatalysatoren lagerfähig, bei Bedarf sofort einsatzbereit und nach dem Befüllen mit der Probe die biochemische Veränderung meßbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Biokatalysatoren Mikroorganismen eingesetzt werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mikroorganismen-Reinkultur eingesetzt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Biokatalysatoren tierische oder pflanzliche Gewebe eingesetzt werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polymer Polyvinylalkohol oder Polyvinylpyrrolidon eingesetzt werden.
6. Verfahren zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) in einer Küvette (1) mit Verschlußvorrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchende Probe gegebenenfalls nach einer Vorbehandlung in die Küvette (1), auf deren Verschlußvorrichtung (2), auf der in den Küvettenraum (7) weisenden Innenseite (6) oder auf deren Innenwand (3) mittels wasserlöslicher Polymere immobilisierte Biokatalysatoren aufgebracht sind, bis zum Überlaufen gegeben, anschließend die Verschlußvorrichtung (2) aufgesetzt und bei einer definierten Temperatur eine definierte Zeit die Reaktion durchgeführt wird und nach Abschluß der Reaktion dem Küvetteninhalt ein Farbindikator zugesetzt und die chemische und/oder physikalische Reaktion durch Extinktionsmessung bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion in einem bestimmten Temperaturintervall zwischen 10 und 70°C in Abhängigkeit vom Temperaturverhalten der Biokatalysatoren zwischen 30 und 180 Minuten durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturintervall 10-60°C beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturintervall 20-40°C beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeit 30-60 Minuten beträgt.
DE4314981A 1992-05-15 1993-05-06 Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) Expired - Fee Related DE4314981C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4314981A DE4314981C2 (de) 1992-05-15 1993-05-06 Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4216087 1992-05-15
DE4314981A DE4314981C2 (de) 1992-05-15 1993-05-06 Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4314981A1 true DE4314981A1 (de) 1993-12-02
DE4314981C2 DE4314981C2 (de) 1996-09-12

Family

ID=6458964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4314981A Expired - Fee Related DE4314981C2 (de) 1992-05-15 1993-05-06 Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB)

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4314981C2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998025140A1 (en) * 1996-12-02 1998-06-11 Abb Kent-Taylor Limited Apparatus for the analysis of liquid
EP0927353A2 (de) * 1996-09-13 1999-07-07 Maxine Helen Simmons Nachweis von mikroorganismen
DE102007017681A1 (de) * 2007-04-14 2009-01-08 Papst Licensing Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Aktivität von Enzymen nach Inhibitorentzug
RU2510021C2 (ru) * 2012-01-31 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН) Способ и устройство для непрерывного измерения биохимического потребления кислорода, биохимической потребности в кислороде и скорости биохимического окисления

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD253045A1 (de) * 1986-08-05 1988-01-06 Akad Wissenschaften Ddr Verfahren zur sofortbestimmung des "biochemischen sauerstoffbedarfs (bsb)

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD253045A1 (de) * 1986-08-05 1988-01-06 Akad Wissenschaften Ddr Verfahren zur sofortbestimmung des "biochemischen sauerstoffbedarfs (bsb)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chemical Patents Index, Documentation Abstracts Journal, Section D, Derwent Publications, Lon- don 1990, Nr. 90-294 142/39, J 02206-761-A *
K., FARJAM, A.: Vom Wasser 78 (1992), S. 47 - 56 *
KETTERER *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0927353A2 (de) * 1996-09-13 1999-07-07 Maxine Helen Simmons Nachweis von mikroorganismen
EP0927353A4 (de) * 1996-09-13 2001-09-12 Maxine Helen Simmons Nachweis von mikroorganismen
WO1998025140A1 (en) * 1996-12-02 1998-06-11 Abb Kent-Taylor Limited Apparatus for the analysis of liquid
DE102007017681A1 (de) * 2007-04-14 2009-01-08 Papst Licensing Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Aktivität von Enzymen nach Inhibitorentzug
RU2510021C2 (ru) * 2012-01-31 2014-03-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных проблем Российской академии наук (ИВП РАН) Способ и устройство для непрерывного измерения биохимического потребления кислорода, биохимической потребности в кислороде и скорости биохимического окисления

Also Published As

Publication number Publication date
DE4314981C2 (de) 1996-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69127387T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Nachweis von Mikroorganismen
Bulich Bioluminescence assays
DE69412790T2 (de) Mikrobiologisches testverfahren und reagenzien
Bozeman et al. Toxicity testing using immobilized algae
Merckx et al. Decomposition of dissolved organic carbon after soil drying and rewetting as an indicator of metal toxicity in soils
DE69024631T2 (de) Verfahren und Apparat zum Nachweis biologischer Aktivitäten in einer Probe
FI67725C (fi) Foerfarande foer framstaellning av enheter avsedda foer bestaemning av antibiotika- och sulfarester i biologiska vaetskor och framstaellda enheter
DE2841896C3 (de) Verfahren zum Nachweis einer toxischen Substanz
DE69201937T2 (de) Biochemischer Sauerstoffbedarfanalysator, Verfahren zur Analyse, Mikroorganismen zur Verwendung in Analyse.
Tobin et al. An improved method for the determination of adenosinetriphosphate in environmental samples
Stewart et al. Acetylene reduction assay for determination of phosphorus availability in Wisconsin lakes
LeDuy et al. Testing of an ammonia ion selective electrode for ammonia nitrogen measurement in the methanogenic sludge
DE69712910T2 (de) Mikrosensor zur qualitativen und quantitativen Bestimmung einer Substanz in einer Umgebung
DE4314981C2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Schnellbestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB)
DE69737718T2 (de) Nachweis von mikroorganismen
DE2829316A1 (de) Verfahren zum nachweis und zur untersuchung von zellulaerer aktivitaet und mittel zur durchfuehrung des verfahrens
DE69124677T2 (de) Mikrobiologisches Verfahren zum Nachweis toxischen Produkten mit Hilfe von Hefestämmen
DE3404441C2 (de)
DE3842607A1 (de) Enzymatisches nachweisgeraet fuer gase und aerosole
DE69618377T2 (de) Verfahren zur Bestimmung von Milchsäure in organischen Materialien von nahrungsmässigem Interesse und Biosensor zur Durchführung des Verfahrens
Biodegradability OECD Guideline for testing of chemicals
EP3406732B1 (de) Verfahren zur messung der oxidoreduktaseaktivität
EP0486443A1 (de) Verfahren zum Nachweis von giftigen Stoffen im Wasser, durch Überwachung des Stoffwechsels von ausgewählten lebendigen Zellen wie Mikroorganismen
König et al. Microbial sensors for PAH in aqueous solution using solubilizers
DE4420391C2 (de) Verfahren und elektrochemisch-enzymatisches Indikationssystem zur Bestimmung von Nitrit

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee