DE8516344U1

DE8516344U1 - Optischer Sensor für eine Messwertgebereinrichtung zur Überwachung biologischer und/oder chemischer Reaktionen

Info

Publication number: DE8516344U1
Application number: DE19858516344
Authority: DE
Original assignee: PROTON AG ZUG CH
Current assignee: PROTON AG ZUG CH
Priority date: 1985-02-14
Filing date: 1985-06-04
Publication date: 1986-07-31
Also published as: JPS61187636A

Description

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Optisolier Sensor für eine Messwertgebereinrichtung zur Üeber wachüng biologischer und/oder chemischer Reaktionen

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für die Üeberwachung des Reaktionsablaufes bei biologischen, insbesondere mikrobiologischen, und chemischen Prozessen sind zahlreiche unterschiedliche Messmethoden bekannt, und zwar solche, die a) auf der Entnahme von Proben aus dem Reaktionsmedium, b) auf der externen Beobachtung des in einem Reaktionsgefäss befindlichen Reaktionsmediums und c) auf der in situ-BeStimmung physikalischer oder physikalisch-chemischer Parameter mittels in das Reaktionsmedium eingebrachter, als Messfühler dienender Sensoren basieren. Für die Üeberwachung biologischer, insbesondere mikrobiologischer, Prozesse sind die unter a) und b) benannten Methoden in der Regel nicht geeignet, da die unter a) genannte Probeentnahme zu einem Eingriff in das Reaktionsgeschehen und insbesondere zu dessen Störung und Unterbrechung führt und die unter b) genannte externe Beobachtung auf solche Reaktionsabläufe beschränkt ist, bei denen es zu einer deutlich wahrnehmbaren Farbänderung oder zur Bildung von Niederschlägen oder deutlich wahrnehmbaren Trübungen kommt. Die unter c) genannten Methoden unter Verwendung von in das Reaktionsmedium eingebrachten Messfühlern haben bisher nur zu verhältnismässig bescheidenen Erfolgein bezüglich der Erfassung von biologischen Informationen geführt. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass wichtige biologische Parameter, wie Biomasse-, Metabolit-, oder Prodiiktkenz ent rat ionen in situ nur schwer oder gar nicht erfasst werden können. Ausserdem hat sich gezeigt, dass bei einer Vielzahl der zum Einsatz kommenden Messfühler in deren

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Inneren chemische und elektrochemische Prozesse ablaufen, durch die die Konstanz und die Reproduzierbarkeit der tenen Messwerte beeinträchtigt werden.

Um eine Erfassung der bisher nicht oder nur schwer erfassbaren biologischen Parameter zu ermöglichen,, wurden Versuche unternommen, optische Parameter, wie Fluoreszenz. Absorption.; Transmission, Reflexion oder Emission, zu ihrer Bestimmung heranzuziehen. Bei diesen Untersuchungen wurde insbesondere aus der Erkenntnis, dass im Laufe biologischer und mikrobiologischer Verfahren Metabolite erzeugt werden, die ein vom Ausgangssubstrat unterschiedliche Flucreszenzverhalten zeigen, Nutzen gezogen. Um diese Erkenntnis auszunützen, wurden Messfühler konstruiert, die es erlauben, durch eingestrahltes Licht eine Fluoreszenz im Reaktionsmedium anzuregen und die vom Reaktionsmedium ausgesandte Fluoreszenzstrahlung zu erfassen und mit Hilfe geeigneter elektronischer Hilfsmittel zu registrieren. Bei diesen Messfühlern wirkt es sich nachteilig aus, dass für die optische Kopplung ein verhältnismässig kompliziertes optisches System mit erheblichem Raumbedarf erforderlich ist. Dadurch wird das Einsetzen dieser Messfühler in einen, üblicherweise bei Bioreaktoren vorhandenen Einsatzstutzen erschwert, wenn nicht unmöglich gemacht. Ausserdem behindert der komplizierte Aufbau des optischen Systems eine Nacheichung oder einen vollständigen oder teilweisen Austausch im Verlauf der Messung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Messfühler zur Erfassung optischer Parameter zu schaffen, der eine in situ Ueberwachung des Reaktionsablaufes biologischer und/oder chemischer Reaktionen gestattet, einen einfachen Aufbau und einen geringen Raumbedarf aufweist, so dass er ohne Schwierigkeiten in den Einsatzstutzen eines handelsüblichen Bioreaktors ein-

gesetzt werden kann, und der eine Justierung oder Nacheichung sowie einen Austausch einzelner Bestandteile ohne Unterbrechung der Messung gestattet. Die gestellte Aufgabe wird durch den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten optischen Sensor gelöst.

Der optische Sensor der angegebenen Art weist gegenüber bekanntenen zahlreiche Vorteile auf. Durch den Einsatz von Faserlichtleitern anstelle komplizierter zusammengesetzter Linsensysteme wird nicht nur eine erhebliche Verringerung des Raumbedarfes für das optische System erreicht und eine Miniaturisierung des Sensors ermöglicht, wodurch die Einführung des Sensors in die Einsatzstutzen handelsüblicher Bioreaktoren erheblich erleichtert wird, sondern auch die Robustheit des Sensors erheblich verbessert. Ausserdem sind Faserlichtleiter sterilisierbar und können erheblich einfacher ausgetauscht werden als Linsensysteme, bei denen in der Regel zeitraubende Nachjustierungen erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Faserlichtleiter eine Umlenkung des Lichtstrahles erlauben, was bei Linsensystemen aufgrund der geradlinigen Fortpflanzung des Lichtes nur mit Hilfe von Spiegeln oder Spiegelsystemen möglich ist.

Durch die Ausbildung mindestens eines Teils der vorhandenen Funktionsgruppen als selbständige Bauteile wird erreicht, dass die einzelnen Bauteile während des Messvorganges ausgetauscht, justiert oder nachgeeicht werden können. Auf diese Weise können nicht nur Fehlerquellen ausgeschlossen werden, vielmehr gestattet der modulartige Aufbau aus einzelnen austauschbaren Bauteilen die Verwendung des Sensors zur Bestimmung unterschiedlicher optischer Parameter, da die Austauschbarkeit der Bauteile eine problemlose Anpassung an die

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Erfordernisse der jeweils durchzuführenden Messung ermöglicht. So kann der Sensor der angegebenen Art ohne Schwierigkeiten und ohne zwischenzeitlichen Ausbau aus dem Reaktionsgefäss für Fluoreszenzmessungen sowie für die Bestimmung von Absorption, Transmission, Reflexion oder Emission eingesetzt werden. Für die Bestimmung der unterschiedlichen Para- | meter ist es lediglich notwendig, einzelne Bauteile auszu- |

i tauschen. Da, wie bereits erwähnt, der Austausch problemlos an dem in ein Reaktionsgefäss, z.B. einen Bioreaktor, eingesetzten Sensor vorgenommen werden kann, wird der Zeit- und Arbeitsaufwand erheblich verringert.

Vorteilhafte Ausbildungen des optischen Sensors sind in den Ansprüchen 2 bis 13 beschrieben.

Anspruch 14 beschreibt eine Wechselsonde, welche einen optischen Sensor nach Anspruch 1 enthält.

Dxe Ausbildung nach Anspruch 2 ist besonders für die Durchführung von Fluoreszenzmessungen geeignet. Für die Durchführung von Fluoreszenzmessungen ist eine konzentrische Anordnung des ersten und des zweiten Faserlichtleiters, bei der | der zweite Faserlichtleiter den ersten Faserlichtleiter als konzentrische Umhüllung umgibt, besonders vorteilhaft. Bei der Verwendung dieser Ausbildung zur Fluoreszenzmessung wird durch die von der Strahlungsquelle gelieferte und über den ersten Lichtleiter in das Reaktionsmedium eingestrahlte elektromagnetische Strahlung, z.B. UV-Licht, im Reaktionsmedium eine Fluoreszenz vorhandener Komponenten des Reaktionsmediums angeregt. Die dabei erzeugte Fluoreszenzstrahlung, deren Wellenlänge grosser ist als diejenige der zur Anregung verwendeten Strahlung, gelangt über den zweiten FaSerlichtleitor und den an ihn angeschlossenen Photonenvervielfacher zu einem mit dem Photonenvervielfacher gekoppelten Detektor, mit dessen Hilfe die ankommenden optischen Signale in elektrische umgewandelt werden.

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Die erhaltenen elektrischen Signale können dann mittels eines Anzeigegerätes aufgezeichnet oder digitalisiert und in einen Rechner eingespeist werden. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die aus der Fluoreszenzmessung gewonnenen Messdaten zur Bestimmung biologischer Parameter, wie beispielsweise Biomasse-, Metabolit- oder Produktkonzentration, verwendet werden sollen.

Die Ausbildung nach Anspruch 2 kann ausserdem für Emissionsmessungen eingesetzt werden, wobei in diesem Fall lediglich die Strahlungsquelle auszuschalten ist. Die Bestimmung der Emission geschieht in der Weise, dass die vom Reaktionsmedium emittierte Strahlung über den ■zweiten Lichtleiter und den Photoneivervielfacher dem Detektor zugeführt wird. Die dabei erhaltenen elektrxschen Signale können in gleicher Weise wie bei der Fluoreszer ^messung aufgezeichnet oder ausgewertet werden.

Die Ausbildung nach Anspruch 3 empfiehlt sich insbesondere für die Verwendung des optischen Sensors zu Fluoreszenzmessungen, wobei in diesem Fall die Faserlichtleiter so ausgewählt werden, dass der erste Faserlichtleiter für eine kürzere Wellenlänge als der zweite Faserlichtleiter ausgelegt ist. Beispielsweise kann der erste Faserlichtleiter für kurzwellige UV-Strahlung und der zweite für langwellige UV-Strahlung ausgelegt sein.

Die Ausbildung nach Anspruch 4 ist insbesondere für Absorptions-, Transmissions-, Reflexions- und/oder Emissionsmessungen geeignet.

Da die von der Strahlungsquelle gelieferte elektromagnetische Strahlung häufig nicht rein monochromatisch ist sondern viel-

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mehr eine gewisse Bandbreite aufweist, empfiehlt sich die Ausbildung gemäss Anspruch 5.

Besonders vorteilhaft für Fluoreszenzmessungen ist die Ausbildung gemäss Anspruch 6, da mit ihrer Hilfe auf besonders einfache Weise störende Nebenfluoreszenzen ausgeschaltet werden können. Ebenfalls von Vorteil ist die Ausbildung nach Anspruch 6 für Emissionsmessungen, falls im Reaktionsmedium mehrere Strahlungen mi.t unterschiedlichen Wellenlängen emittierende Substanzen vorhanden sind, die einzeln bestimmt werden sollen.

Die Ausbildung gemäss Anspruch 7 ist insbesondere für die Durchführung von Absorptionsmessungen sowie für die Messung der Transmission geeignet. Dabei wird die Absorption bzw. Transmission in dem zwischen den Stirnseiten des ersten und des zweiten Faserlichtleiters befindlichen Reaktionsmedium gemessen. In ähnlicher Weise eignet sich für die Absorptionsmessung - und in gleicher Weise für die Messung der Transmission - die Ausbildung gemäss Anspruch 8, die in einfacher Weise aus der Ausbildung nach Anspruch 2 durch Verlängerung des ersten Faserlichtleiters und Anbringen eines Prismas erhalten werden kann.

Für Reflexionsmessungen ist die Ausbildung gemäss Anspruch 9 von Vorteil. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit zur direkten Reflexionsmessung, sofern das Reaktionsmedium verhältnismässig stark reflektierende Komponenten enthält.

Die Ausbildung nach Anspruch 10 erlaubt die optische Erfassung von Parametern, wie pH, pO₂, Glucose und ähnlichen Werten, unter Verwendung optischer Mittler.

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Die Ausbildung nach Anspruch 11 erlaubt einen raschen und störungsfreien Austausch der einzelenen Funktionsgruppen während des Betriebes und erleichtert so die Anpassung des Sensors an unterschiedliche Messvorgänge, seine Wartung sowie die Vornahme während des Betriebes notwendig werdender Justierungen und Nacheichungen. Wobei die Ausbildung nach Anspruch 12 eine besonders einfache Handhabung ermöglicht.

Die Ausbildung nach Anspruch 13 ermöglicht den Einbau des optischen Sensors in eine Wechselsonde, wodurch eine besonders einfache Handhabung und eine leichte Anpassung an die jeweils vorzunehmenden Messungen gewährleistet wird.

Die Wechselsonde nach Anspruch 14 ist insbesondere für die Ueberwachung mikrobiologischer Prozesse geeignet, da sie eine problemlose Handhabung ohne Störung oder Unterbrechung des Reaktionsgeschehens erlaubt.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen optischen Sensors v/erden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben; dabei zeigen:

Figur 1 eine für die Ausführung von Fluoreszenzmessungen geeignete Ausbildung des optischen Sensors im Längsschnitt ;

Figur 2 den optischen Sensor der Figur 1 in eine Wechselsonde eingesetzt im Längsschnitt;

Figur 3 eine besondere Ausbildung des Endabschnittes A der Figur 1 im Längsschnitt;

Figur 4 eine andere Ausbildung des Endabschnittes A der Figur 1 im Längsschnitt;

Figur 5 eine weitere Ausbildung des Endabschnittes A der Figur 1 im Längsschnitt J

Figur 6 eine weitere Ausbildung des Endabschnittes A der Figur 1.

Figur 1 zeigt eine für die Durchführung von Fluoreszenzmessungen sowie für die Messung von Absorption geeigneten optischen Sensor 2 mit einem als Gehäuse dienenden Aussenirohr das an seinem Kopfteil 6 einen Flansch 8 trägt. Im Aussenrohr 4 ist auf der dem Endabschnitt A entgegengesetzten Seite eine Quelle 10 für elektromagnetische Strahlung untergebracht, beispielsweise eine Entladungslampe, z.B. eine Quecksilberdampflampe, die UV-Strahlung mit einer zur Fluoreszenzanregung erforderlichen Wellenlänge oder mit minimaler Bandbreite liefert und deren Intensität regelbar ist, oder ein

Parallel zum Faserlichtleiter 12 erstreckt sich ein zweiter

optisch voneinander isoliert. Als Faserlichtleiter 14 kommt beispielsweise ein Glasfaserlichtleiter mit einem aktiven Durchmesser von 6 mm in Betracht. Der Faserlichtleiter 14 erstreckt sich von der Abdeckung 8 zu einem Photonenvervielfacher 18, der mit einem Detektor 20, z.B. einer Photodiode, gekoppelt ist.

Laser. Von der Strahlungsquelle 10 zum Kopfteil 6 erstreckt

sich ein erster Faserlichtleiter 12, vorzugsweise ein UV-Quarzlichtleiter mit einem aktiven Durchmesser von 4,6 mm.

Faserlichtleiter 14, der den Faserlichtleiter 12 als konzentrische Umhüllung umgibt. Der erste Faserlichtleiter 12 und |

der zweite Faserlichtleiter 14 sind durch ein Innenrohr

Vor der Strahlungsquelle 10 ist ein optisches Filter 22 angeordnet j das dazu dient die von der Strahlungsquelle 10 ge-^ lieferte elektromagnetische Strahlung monochromatisch ζ U machen, sofern diese nicht bereits monochromatisch ist, was bei der Verwendung eines Lasers als Strahlungsquelle 10 der Fall ist. Ein zweites optisches Filter 24 ist zwischen dem Faserlichtleiter 14 und dem Photonenvervielfacher 18 angeordnet, um störende Nebenfluoreszenzen auszufiitern.

Die im Detektor 20 durch Umwandlung der ankommenden optischen Signale erhaltenen elektrischen Signale können entweder über einen Ausgang 26 einem in der Figur nicht dargestellten Aufzeichnungsgerät zugeführt und dort aufgezeichnet werden, oder sie können digitalisiert und in einen Rechner eingespeist und zur Ermittlung biologischer Informationen, wie Biomasse-, Metabolit- oder Produktkonzentration, verwendet werden.

j Um einen problemlosen Austausch der einzelnen Bauteile zu

ι gewährleisten sind die Strahlungsquelle 10 mit einer Befestigungsvorrichtung 28, der Photonenvervielfacher mit einer Befestigungsvorrichtung 30, der Detektor 20 mit einer Befestigungsvorrichtung 32, das optische Filter 22 mit einer Befestigungsvorrichtung 34 und das optische Filter 24 mit einer Bef'estigungsvorrichtung 36 ausgestattet. Die Befestigungsvorrichtungen 28, 30, 32, 34 und 36 sind bevorzugt als Steckverbindungen ausgebildet,wodurch ein Austausch mit minimalem Zeit- und Arbeitsaufwand ermöglicht wird.

Mit Hilfe der anhand der Figur 1 beschriebenen Ausbildung kann beispielsweise die Verschiebung des NADH<==^NAD Gleichgewichtes bei Fermentationsprozessen verfolgt werden, wobei die charakteristische Fluoreszenz des NADH ausgenützt wird. Die aus der Fluoreszenzmessung .gewonnenen Messdaten können ihrerseits zur rechnerischen Ermittlung anderer biologischer

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Parameter j z.B. der Konzentrationen Von Biomasse, Metaboliten oder Produkten, verwendet werden. Ferner sind Untersuchungen über das Verhalten auf verschiedene Einflüsse, z.B. SubstrateinflUsse, Mischungsverhalten und andere fluiddynamische Parameter, möglich, so dass mit Hilfe des beschriebenen optischen Sensors auch Möglichkeiten geboten werden, die aus Fluoreszenzmessungen gewonnenen Resultate zure Steuerung biologischf?r Prozesse oder zur Optimierung der Fermentationsführung oder zur Konstruktion von Bioreaktoren zu verwenden.

Durch den Ersatz bisher üblicher komplexer Linsensysteme durch Faserlichtleiter als optische Kopplungssysteme wird eine Miniaturisierung des optischen Sensors ermöglicht, so dass dieser ohne Schwierigkeiten in einem Tauchrohr einer handelsüblichen Wechselsonde untergebracht werden kann.

Figur 2 zeigt den optischen Sensor 2, der in einem Tauchrohr 38 einer Wechselsonde untergebracht und in diesem mittels einer Haltevorrichtung 40 lös- und/oder verschiebbar befestigt ist. Das Tauchrohr 38 ist an seinem in ein Reaktionsmedium einzutauchenden Kopfteil mit einer Halterung 42, z.ö. aus Edelstahl, ausgestattet, mittels der eine für elektromagnetische Strahlung durchlässige, leicht auswechselbare Abdeckung 44 druckdicht mit dem Tauchrohr 38 verbunden ist. Auf diese Weise kann der im Tauchrohr 38 befindliche Sensor problemlos ausgebaut oder ausgetauscht werden, ohne dass eine im Reaktionsmedium ablaufende Reaktion, z.B. ein Fermentationsvorgang, gestört wird oder unterbrochen werden muss. Die Abmessungen des Tauchrohres 38 entsprechen denen handelsüblicher Wechselsonden und erlauben die Einführung in einen in eine Reaktorwandung 46 eingeschweissten Normalstutzen 48, der mit einem Gewinde 50 zur Aufnahme einer Ueberwurfmutter 52 ausgestattet ist. Die Befestigung des Tauchr-ohres 38 im Normalstutzen 48 erfolgt durch festschrauben der Ueberwurfmutter 52, die ai Wandung angebrachten

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Flansch 54 aufliegt und das Gewinde 50 umfasst. Zur Abdichtung ist ausserdem ein in einer umlaufenden Nut 56 in der Wandung des Tauchrohres 38 angeordneter O-Ring 58 vorgesehen. Das Tauchrohr 38 kann ausserdem mit in der Figur nicht gezeigten Sperr- und/oder Arretiervorrichtungen, die eine unbeabsichtigte Verschiebung oder Entnahme des Tauchrohres 38 vernindern, sowie mit Leitungen zum Einführen und Ableiten von SpUIflüssigkeit, Eichflüssigkeit und/oder Dampf zum Sterilisieren ausgestattet sein.

Die in Figur 3 dargestellte Ausbildung des Endabschnittes A der Figur 1 zeigt eine für die Ausführung von Absorptionsmessungen geeignete Ausführungsform. Der erste Faserlichtleiter 12 und der zweite Faserlichtleiter 14 verlaufen parallel zueinander im Aussenrohr 4 und ragen an seiner Stirnseite hervor. Die Faserlichtleiter 12 und 14 sind so gegeneinander gebogen, dass ihre mit für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Abdeckungen 44', 44" versehenen Stirnseiten parallel verlaufen und einander gegenüberstehen. In diesem Fall sind beide Faserlichtleiter 12, 14 für elektromagnetische Strahlung gleicher Wellenlänge ausgelegt. Die über den Faserlichtleiter 12 ankommende elektromagnetische Strahlung verlässt diesen durch die Abdeckung 44' und gelangt durch das Reaktionsmedium zur Abdeckung 44" des Faserlichtleiters 14 und wird von diesem, wie bei Figur 1 beschrieben, einem Anzeigegerät oder einem Rechner zugeführt.

Figur 4 zeigt eine ebenfalls für Absorptionsmessungen geeignete Ausbildung des Endabschnittes A dar Figur 1. Bei dieser Ausbildung ist der Faserlichtleiter 12 gegenüber dem Faserlichtiöiter 14 verlängert und trägt an seiner Stirnseite ein

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Prisma 60, durch das die über den Faserlichtleiter 12 ankommende elektromagnetische Strahlung durch das Reaktionsmedium über die Abdeckung 44'" auf den Faserlichtleiter 14 gelenkt wird. Auch bei dieser Ausbildung sind der erste und der zweite Faserlichtleiter 12, 14 für elektromagnetische Strahlung mit gleicher Wellenlänge ausgelegt.

Figur 5 zeigt eine für Reflexionsmessungen geeignete Ausbildung des Endabschnittes A der Figur.1. Dabei ist gegenüber der Abdeckung 44 ein Spiegel 62 angeordnet, der mittels eines Abstandhalters 64 befestigt ist. Der erste Faserlichtleiter 12 und der zweite Faserlichtleiter 14 sind für elektromagnetische Strahlung gleicher Wellenlänge ausgelegt, wobei der Faserlichtleiter 14 parallel zum Faserlichtleiter 12 verläuft und diesen als konzentrische Hülle umgibt. Bei der Messung der Reflexion wird die über den Faserlichtleiter 12 ankommende und durch die Abdeckung 44 austretende elektromagnetische Strahlung mit Hilfe des Spiegels 62 durch das Reaktionsmedium auf den Faserlichtleiter 14 reflektiert.

Figur 6 zeigt eine zur optischen Erfassung weiterer Parameter, wie pH, pOp, Glucose und ähnlicher Werte, unter Verwen dung optischer Mittler geeignete Ausbildung des Endabschnittes A der Figur 1. Dabei ist das Endrohr 4 mit den Lichtleitern 12, 14 an seiner Stirnseite mit einer Abdeckung 66, z.B. einem Glasfenster, versehen. Gegenüber der Abdeckung 66 ist eine selektive Membran 68 angeordnet, die mittels einer Halterung 70 am Aussenrohr 4 befestigt ist und einen Hohlraum 72 umschliesst, welcher einen optischen Mittler enthalt, der beispielsweise durch Aenderungen des pH-Wertes im Reaktionsmedium zur Aussendung optischer Signale angeregt werden kann.

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Die im Einzelfall für die jeweils durchzuführende Messung zu treffende Auswahl von Bauteilen und Materialien ist für den Benutzer ohne Schwierigkeiten möglich und kann gegebenenfalls durch Vorversuche oder rechnerisch ermittelt werden. Ausserdem besteht die Möglichkeit, unerwünschte Einflüsse oder Störreaktionen durch geeignete elektronische Mittel, wie beispielsweise Kompensationsschaltungen, zu verhüten.

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2 Optischer Sensor

4 Aussenrohr

6 Kopfteil

8 Flansch

ΙΟ Strahlungsquelle

12 1. Faserlichtleiter I

14 2, Faserlichtleiter |

16 Innenrohr 1

18 Photonenvervielfacher *

20 Detektor (optisch-elektrischer Wandler) 'ί

22 1. optisches Filter |

24 2. optisches Filter |

26 Ausgang 5

28 Befestigungsvorrichtung für 10 I

30 Befestigungsvorrichtung für 18 |

32 Befestigungsvorrichtung für 20 |

34 Befestigungsvorrichtung für 22 |

36 Befestigungsvorrichtung für 24 J

38 Tauchrohr |

40 Haltevorrichtung 1

42 Halterung |

44 Abdeckung ^:

44' Abdeckung |

44" Abdeckung |

44"' Abdeckung ^: - ■*■■■■!

46 Reaktorwandung 1

48 Normalstutzen Ϊ

50 Gewinde 1

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52 Ueberwurfmütter

54 Flansch

56 Nut

58 O-Rirtg

60 Prisma

62 Spiegel

64 Abstandhalter

68 Membran

70 Halterung

72 Hohlraum

Claims

Proton A3

1. Optischer Sensor für eine Messwertgebereinrichtung zur
Ueberwachung biologischer und/oder chemischer Reaktionen in einem fluiden Reaktionsmedium durch Bestimmung optischer Parameter mit einem in das Reaktionsmedium einführbaren Gehäuse, das mindestens an seinem in das Reaktionsmeiium eintauchenden Endteil gegenüber dem Medium abgedichtet und mit einer für elektromagnetische Strahlung
durchlässigen Abdeckung ausgestattet ist und in den als
Funktionsgruppen mindestens ein optisches System zur optischen Kopplung und mindestens ein optisch-elektrischer
Wandler untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System mindestens einen Faserlichtleiter

(12, 14) aufv3ist und dass die vorhandenen Funktionsgruppen minde?t;ens teilweise als selbständige, jederzeit austauschbare Bauteile ausgebildet sind, von denen jedes für sich justier- und/ oder steuerbar ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er
eine Quelle (10) für elektromagnetische Strahlung, einen ersten Faserlichtleiter 12, der sich von der Strahlungsquelle (10) zum Kopfteil (6) erstreckt, einen zweiten
Faserlichtleiter (14), der parallel zum ersten Faserlicht leiter (12) angeordnet ist oder diesen als konzentrische Umhüllung umgibt und von ersten Faserlichtleiter optisch isoliert ist, einen an den zweiten Faserlichtleiter (14) angeschlossenen Photonenvervielfacher (18) und einen mit diesem gekoppelten Detektor (20) als optisch-elektrischen Wandler aufweist.

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3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Faserlichtleiter (12) und der zweite Faserlichtleiter (14) für elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgelegt sind.

4. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Faserlichtleiter (12) und der zweite Faserlichtleiter (14) für elektromagnetische Strahlung mit gleichen Wellenlängen ausgelegt sind.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahlungsquelle (10) und dem ersten Faserlichtleiter (12) ein erstes optisches Filter (22) angeordnet ist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Faserlichtleiter (14) und dem Photonenvervielfacher (18) ein zweites optisches Filter (24) angeordnet ist.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserlichtleiter an ihren Endabschnitten derart angeordnet und gebogen sind, dass sich ihre Stirnseiten parallel und mit Abstand gegenüberstehen.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Faserlichtleiter (12) gegenüber dem zweiten Faserlichtleiter (14) derart verlängert ist, dass er über ihn hinausragt und an seiner Stirnseite ein Prisma (60) trägt.

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9. Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6^ dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der Abdeckung (44) ein Spiegel (62) angeordnet ist, der mittels eines oder mehrerer Abstandhalter (64), vorzugsweise beweglich, befestigt ist.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er an Sciriefii Kopfteil (6) einen von einer Abdeckung (66), einer selektiven Membran (68) und einer Halterung (70) umschlossenen Hohlraum (72) zur Aufnahme eines optischen Mittlers aufweist.

11. Sensor nach einem der Ansprüche ί bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (10) der Photonenvervielfacher (18), der Detektor (20), das erste optische Filter (22) und/oder das zweite optische Filter (24) mit lösbaren Befestigungsvorrichtungen (28, 30, 32, 34, 36) ausgestattet sind, die einen Ein- und/oder Ausbau des betreffenden Bauteiles während des Betriebes erlauben,

12. Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtungen (28, 30, 32, 34, 36) als Steckverbindungen ausgebildet sind.

13. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Flansch (8) und eine Haltevorrichtung (40) zur Befestigung in einem Tauchrohr (38) einer Wechselsonde aufweist.

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£4. Wechselsonde enthaltend einen optischen Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das
Tauchrohr (38) mit einer druckdicht befestigten, für elektromagnetische Strahlung durchlässigen Abdeckung (44) und einer aus einer Ueberwurfmutter (52) und einem Flansch
(54) gebildeten Befestigungsvorrichtung zur Befestigung

stattet ist.