EP1179174A2 - Device and method for monitoring and controlling biologically active fluids - Google Patents

Device and method for monitoring and controlling biologically active fluids

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Publication number
EP1179174A2
EP1179174A2 EP00936736A EP00936736A EP1179174A2 EP 1179174 A2 EP1179174 A2 EP 1179174A2 EP 00936736 A EP00936736 A EP 00936736A EP 00936736 A EP00936736 A EP 00936736A EP 1179174 A2 EP1179174 A2 EP 1179174A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
line section
line
fluid
data acquisition
metabolite
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00936736A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas HÖFLER
Peter Holzhauer
Eckehard Walitza
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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 Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1179174A2 publication Critical patent/EP1179174A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/36—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of biomass, e.g. colony counters or by turbidity measurements
    • 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
    • C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
    • 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
    • C12Q2304/00—Chemical means of detecting microorganisms
    • C12Q2304/40—Detection of gases
    • C12Q2304/44—Oxygen

Definitions

  • Online measurement methods usually only track the biological activity of microorganisms. This is done, for example, by measuring the oxygen or carbon dioxide content, the pH value or the concentration of fluorescence-active metabolites. However, these methods do not establish a direct correlation, for example based on oxygen consumption, between metabolic activity and the number of microorganisms present.
  • US Pat. No. 5,224,051 describes a device which, among other things, measures the content of dissolved oxygen in cooling lubricants in order to obtain information on microorganisms. However, the device does not measure the oxygen consumption in a closed volume and consequently does not establish a correlation between temperature-dependent oxygen consumption and the number of bacteria in the solution.
  • DE 44 15 444 uses the continuous determination of the oxygen transfer rate to determine the physiological conditions in microbiological cultures.
  • the oxygen transfer rate is measured from the drop in the oxygen partial pressure in the gas space with a sterilizable oxygen electrode.
  • the direct calculation of the bacterial counts from the oxygen consumption and the temperature is not disclosed.
  • the line or the line section assigned to the container represents a closed system for the fluid located and measured therein, that is to say a system which does not permit direct exchange of metabolites measured in the measuring range with the -Undefined- bypass system, the line or the line section is supplied permanently or periodically with fluid to be measured from the container assigned to it.
  • the fluid from the container is therefore generally not removed from the container, for example by means of a ladle, and fed to a closed measuring system.
  • the line is preferably in flow connection with the container, that is to say at least one of the openings of the line opens into the container, and can absorb fluid from there.
  • the fluid in the line is in a closed or quasi-closed system due to the dwell time in the line section.
  • the line section thus provides a closed system which enables an unadulterated metabolite change measurement due to the dwell time generated in the line section.
  • a closed system is made available inside a container or outside a container, the metabolite change in the fluid being able to be measured directly.
  • the invention thus relates to a method for the continuous determination of the concentration of organisms in a fluid located in a line section, the line section being assigned to a container containing the fluid to be measured and wherein in the closed system caused by the residence time of the fluid in the line section, the time-dependent Change of at least one metabolite parameter is measured by means of at least one data acquisition device.
  • the medium to be examined is removed unchanged from the process to be examined via a discharge.
  • a time delay before arrival at the measuring sensor or at the measuring probe can be generated after the discharge.
  • the time delay can be varied, in particular by the length and / or diameter of a pipeline, a capillary or the like and the flow rate of the fluid.
  • gassing of the fluid to be examined with gas mixtures or gases can take place if the content of dissolved gases, in particular oxygen, is too low and aerobic germs are to be detected.
  • gases can also be supplied which allow detection of anaerobic organisms, for example in the medical / clinical field, in sewage treatment plants and in the formation of methane and acetate by carbonate reduction by means of methanogenic and acetogenic bacteria.
  • a cleaning or sterilization procedure of the line section between individual measuring processes can be provided in all of the above-mentioned embodiments.
  • the device according to the invention has a line section with in each case an inlet and an outlet opening, these two openings or one of these two openings being able to have coupling or coupling devices which enable coupling into a line of a container or into the container itself.
  • the line, or the line section, of the device is immersed directly in the fluid of a container, or the fluid is introduced into the line section, without providing a coupling directly to the container or to one of its lines.
  • the determination of the metabolite concentration can optionally also be carried out using devices for carrying out optical measurement methods, for example UV or IR absorption, or chromatographic measurement methods using thin or thick-film sensors.
  • optical measurement methods for example UV or IR absorption, or chromatographic measurement methods using thin or thick-film sensors.
  • Semiconductor-based sensors or ion-selective electrodes or ultrasonic measuring methods are used.
  • the data from the line section determined by means of the data acquisition device or its sensor can be transmitted to the data processing system, for example, via a data transfer cable.
  • the invention also provides remote data transmission from the data acquisition device to the data processing system, for example by means of corresponding glass fiber-based systems, modems, bus systems, infrared devices or radio.
  • the data processing system 50 comprises a housing 52, a microprocessor 54 and a display device 56.
  • a liquid 80 contaminated with germs is saturated with air and in the device 100 according to the invention the dependence of the oxygen consumption on the germ count (CFU / ml) and the temperature is determined.
  • the test time is 5 to 240 minutes, preferably 10 to 60 minutes. After each attempt, the solution can be gassed with air over a frit until saturated. Samples are taken from the test facility at the start and end of the test for microbiological microbial count determination, which serve as a reference.
  • the oxygen consumption is measured in the temperature range adapted to the species, for example between 10 ° C and 40 ° C.
  • FIG. 6 shows a typical course of the oxygen content in liquids contaminated with microorganisms as a function of time for Pseudomonas spec. again.
  • the detection limit of the microorganism concentration is in the case of Pseudomonas spec. for 20 ° C with a bacterial count of> 10 4 CFU / ml and from 29 ° C with a bacterial count of> 10 2 CFU / ml. According to the invention, it is therefore particularly preferred to measure the oxygen consumption in the liquid at elevated temperature in order to lower the detection limit.
  • FIG. 2a shows a device 100 according to the invention comprising a data processing system 7, a data acquisition device 3 with the sensor 30, a line section 46 of the line 4, not shown, into which a pump 5 is integrated, and a valve 2, which is designed as a 4-way valve .
  • the 4-way valve 2 also functions here as a coupling between the line section 46 of the device 100 and the sampling line 1 and the sample return line 6, that is, parts of the line 4 of the container.
  • the 4-way valve 2 is switched so that fresh liquid 80 can flow into the line section 46 via the sampling line 1 (regeneration cycle).
  • FIG. 1 shows a device 100 according to the invention comprising a data processing system 7, a data acquisition device 3 with the sensor 30, a line section 46 of the line 4, not shown, into which a pump 5 is integrated, and a valve 2, which is designed as a 4-way valve .
  • the 4-way valve 2 also functions here as a coupling between the line section 46 of the device 100 and the sampling line 1 and the sample return line 6, that is, parts
  • the 4-way valve 2 is switched in such a way that the line section 46 represents a closed system and there is no connection via the sampling line 1 and the sample return line 6 to the container 90 (not shown) (measuring cycle).
  • the line section 46 can be designed as a hose, tube or hollow fiber bundle.
  • liquid 80 with a 10-minute dwell time.
  • the following sample material from line section 46 arrives with increasing dwell time, where at 10 minutes after the switchover, there was a dwell time of 20 minutes for the liquid 80 transported back.
  • the subsequent liquid then arrives at the data acquisition device 3 with a 10-minute dwell time.
  • the liquid flow, the geometry of the line section 46 and the sensor 30 are selected so that an optimal overflow of the sensor 30 is ensured.
  • FIGS. 4a and 4b represent a further embodiment of a device 100 according to the invention and of the method carried out with it, a 6-way valve 2 being used instead of the 4-way valve 2 of FIGS. 3a and 3b.
  • the data acquisition device 3 with its sensor 30 optionally determines the metabolite parameter at the line inlet 61 (see FIG. 4a) or line outlet 63 (see FIG. 4b).
  • the line section 46 is permanently supplied with fresh liquid 80 by means of a pump 5.
  • the sampling line 1 as well as the sample return line 6 are connected to the container 90. Liquid 80 reaches the 6-way valve 2 through the sampling line 1 and the pump 5 and then initially into the inlet 61 of the line section 46.
  • the described liquid flow through the line section 46 is continuously and simultaneously subjected to a determination of the metabolite parameters at the two data acquisition devices 3 and 3 ', so that the differences in the metabolite parameters generated by the residence time of the liquid in the line section are continuously fed to the data processing system 7.
  • the liquid can then be returned to the container 90 via the sample return line 6.
  • the dwell time can be varied by the flow tube geometry and the flow speed that can be set with the pump 5.
  • the measured values ascertained are fed to the data processing system 7 via the data transfer line 40, where they are evaluated arithmetically by means of the stored program for determining the microorganism concentration and displayed in a display device as CFU / ml.

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Abstract

The present invention relates to a device and a method for determining the concentration of organisms in a fluid, whereby metabolite parameters are recorded by means of a data collection device and are subsequently converted.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung und Kontrolle von biologisch aktiven FluidenDevice and method for monitoring and controlling biologically active fluids
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von Organismen, insbesondere Mikroorganismen, in einem Fluid.The invention relates to a device and a method for determining the concentration of organisms, in particular microorganisms, in a fluid.
Die Bestimmung der Keimbelastung von Fluiden, im allgemeinen ausgedrückt in kolonienbildenden Einheiten pro Volumeneinheit, bevorzugt pro Milliliter (KBE/ml) , erfolgt üblicherweise durch Animpfen von Nährmedien mit den entnommenen Proben und Auszählen der Kolonien. Diese Verfahrensweise ist zeit- und kostenintensiv. Zudem sind Online-Messungen der Keimbelastung, das heißt kontinuierliche Messungen, nicht möglich.The bacterial contamination of fluids, generally expressed in colony-forming units per unit volume, preferably per milliliter (CFU / ml), is usually determined by inoculating nutrient media with the samples taken and counting the colonies. This procedure is time and cost intensive. In addition, online measurements of the bacterial load, i.e. continuous measurements, are not possible.
In Online-Meßverfahren wird üblicherweise nur die biologische Aktivität von Mikroorganismen verfolgt. Dies geschieht zum Beispiel durch Messen des Sauerstoff- oder Kohlendioxidgehaltes, des pH-Wertes oder der Konzentration fluoreszenzaktiver Stoffwechselprodukte. Bei diesen Verfahren wird jedoch keine direkte Korrelation, zum Beispiel anhand des SauerstoffVerbrauches, zwischen Stoffwechselaktivi- tät und der Zahl der vorhandenen Mikroorganismen hergestellt . So beschreibt zum Beispiel die US-PS 5,224,051 ein Gerät, das unter anderem den Gehalt an gelöstem Sauerstoff in Kühlschmierstoffen mißt, um Hinweise auf Mikroorganismen zu erhalten. Das Gerät mißt jedoch nicht den Sauerstoffverbrauch in einem abgeschlossenen Volumen und stellt in Folge dessen auch keine Korrelation zwischen temperaturabhängigem Sauerstoffverbrauch und Keimzahl in der Lösung her.Online measurement methods usually only track the biological activity of microorganisms. This is done, for example, by measuring the oxygen or carbon dioxide content, the pH value or the concentration of fluorescence-active metabolites. However, these methods do not establish a direct correlation, for example based on oxygen consumption, between metabolic activity and the number of microorganisms present. For example, US Pat. No. 5,224,051 describes a device which, among other things, measures the content of dissolved oxygen in cooling lubricants in order to obtain information on microorganisms. However, the device does not measure the oxygen consumption in a closed volume and consequently does not establish a correlation between temperature-dependent oxygen consumption and the number of bacteria in the solution.
In der DE 44 15 444 wird die kontinuierliche Ermittlung der Sauerstofftransferrate zur Bestimmung der physiologischen Bedingungen in mikrobiologischen Kulturen genutzt. Die Sauerstofftransferrate wird aus dem Abfall des Sauerstoffpartialdruckes im Gasraum mit einer sterilisierbaren Sauerstoffelek- trode gemessen. Die direkte Errechnung der Keimzahlen aus dem Sauerstoffverbrauch und der Temperatur wird nicht offenbart.DE 44 15 444 uses the continuous determination of the oxygen transfer rate to determine the physiological conditions in microbiological cultures. The oxygen transfer rate is measured from the drop in the oxygen partial pressure in the gas space with a sterilizable oxygen electrode. The direct calculation of the bacterial counts from the oxygen consumption and the temperature is not disclosed.
In der DE 196 05 753 AI wird ein Verfahren beschrieben, mittels dem die Anzahl der Keime pro Milliliter ermittelt werden kann. Das Verfahren erfordert jedoch einen sehr hohen apparativen Aufwand, da den Mikroorganismen zunächst ein Nährmedium zur Erlangung eines optimalen Stoffwechsels zur Verfügung gestellt wird. In weiteren Verfahrens- schritten werden die Stoffwechselzwischen- beziehungsweise -endprodukte aufkonzentriert und einem Chromatographiesystem mit Detektor- und Computereinheiten zugeführt.DE 196 05 753 AI describes a method by means of which the number of germs per milliliter can be determined. However, the method requires a very high level of equipment, since the microorganisms are first provided with a nutrient medium for achieving an optimal metabolism. In further process steps, the intermediate or final metabolic products are concentrated and fed to a chromatography system with detector and computer units.
Keines der beschriebenen Verfahren ermöglicht die kontinuierliche, schnelle und einfach durchzuführende exakte Bestimmung der Konzentration von Orga- nismen, insbesondere Mikroorganismen, in einem Fluid.None of the described methods enables the continuous, quick and easy to carry out exact determination of the concentration of organ nisms, especially microorganisms, in a fluid.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht also darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben bereitzustellen, durch welches eine kontinuierliche Bestimmung der Organismenkonzentration in einem Fluid in schneller, einfacher und kostengünstiger Weise erfolgen kann, wobei gleichzeitig eine hohe Präzision erreicht wird.The technical problem on which the present invention is based is therefore to provide a method and a device for carrying out the same, by means of which a continuous determination of the organism concentration in a fluid can be carried out in a quick, simple and cost-effective manner, while at the same time achieving high precision.
Die vorliegende Erfindung löst das ihr zugrundeliegende technische Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur kontinuierlichen Bestimmung der Konzentration von Organismen, insbesondere Mikroorganismen, in einem in einem Leitungsabschnitt befindlichen Fluid, wobei mittels mindestens einer Datenerfassungseinrichtung die zeitabhängige Änderung mindestens eines Metabolitenparameters in der von dem Fluid gefüllten Leitung, insbesondere in dem die Datenerfassungseinrichtung oder ihren Sensor aufweisenden Teil der Leitung, dem Leitungsabschnitt, gemessen und vorzugsweise einem Datenverarbeitungssystem zugeführt und ausgewertet wird. Vorzugsweise ist die Leitung beziehungsweise der Leitungsabschnitt einem Behälter zugeordnet, der das zu bestimmende Fluid enthält. Die dem Behälter zugeordnete Leitung beziehungsweise der Leitungsabschnitt stellt für das darin befindliche und gemessene Fluid ein geschlossenes System, das heißt ein keinen unmittelbaren Austausch von im Meßbereich gemessenen Metaboliten mit der -Undefinierten- Umgehung erlaubendes System, dar, wobei die Leitung beziehungsweise der Leitungsabschnitt permanent oder periodisch mit zu messendem Fluid aus dem ihr zugeordneten Behälter versorgt wird. Das Fluid aus dem Behälter wird also im allgemeinen nicht, zum Beispiel mittels einer Schöpfkelle, dem Behälter entnommen und einem abgeschlossenen Meßsystem zugeführt . Vielmehr steht die Leitung vorzugsweise in StrömungsZusammenhang mit dem Behälter, das heißt zumindest eine der Öffnungen der Leitung mündet in den Behälter, und kann von dort Fluid aufnehmen. Das sich in der Leitung befindende Fluid liegt in einem durch die Verweilzeit in dem Leitungsabschnitt bedingten geschlossenen oder quasi-ge- schlossenen System vor. Gemäß der Erfindung stellt somit der Leitungsabschnitt ein geschlossenes System bereit, das eine unverfälschte Metabolitenän- derungs-Messung aufgrund der im Leitungsabschnitt erzeugten Verweilzeit ermöglicht. Erfindungsgemäß wird innerhalb eines Behälters oder außerhalb eines Behälters ein geschlossenes System zur Verfügung gestellt, wobei in dem Fluid direkt die Metabolite- nänderung gemessen werden kann. Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der Konzentration von Organismen in einem in einem Leitungsabschnitt befindlichen Fluid, wobei der Leitungsabschnitt einem das zu messende Fluid enthaltenden Behälter zugeordnet ist und wobei in dem durch die Verweilzeit des Fluids in dem Leitungsabschnitt bedingten geschlossenen System die zeitabhängige Änderung mindestens eines Metabo- litenparameters mittels mindestens einer Datenerfassungseinrichtung gemessen wird. Die Erfindung sieht demgemäß vor, daß ein Organismen-belastetes Fluid, das sich in einem Behälter und einer ihm vorzugsweise zugeordneten Leitung befindet, in der Leitung auf eine zeitabhängige, vorzugsweise zusätzlich auch temperaturabhängige, Änderung mindestens eines Metabolitenparameters hin untersucht wird. Dabei wird die zeit- und gegebenenfalls temperaturabhängige Änderung eines für eine oder mehrere Organismenarten vorher bestimmten geeigneten Metabolitenparameters mittels einer Datenerfassungseinrichtung bestimmt und die aktuelle Organismenkonzentration rechnerisch anhand einer vorgegebenen Korrelation zwischen Änderung des mindestens einen Metabolitenparameters und der Organismenkonzentration aus den Meßwerten ermittelt. Die Erfindung sieht also vorzugsweise vor, daß nach Messung der Änderung mindestens eines Metabolitenparameters die Meßwerte ausgewertet werden, vorzugsweise in einem Datenverarbeitungssystem, wobei bei der Auswertung ein vorab vorgegebener rechnerischer Zusammenhang, im folgenden auch als Korrelation bezeichnet, zwischen Änderung des mindestens einen erfaßten Metabolitenparameters und der Organismenkonzentration die Bestimmung der aktuellen Organismenkonzentration ermöglicht. Erfindungsgemäß kann mithil- fe von für spezifische Organismen ermittelten Korrelationen aus den zeitabhängig und gegebenenfalls auch temperaturabhängig erfaßten Metabolitenparame- tern die Konzentration der Organismen als KBE/ml ermittelt werden. Die Erfindung erlaubt in vorteilhafter Weise die quasi- oder semi-kontinuierliche und die kontinuierliche, das heißt Online- Erfassung, von Organismenkonzentrationen, insbesondere Mikroorganismenkonzentrationen, oder Keimen in Fluiden. Die erfindungsgemäß erlaubte, kontinuierliche Erfassung von Keimen ermöglicht die besonders schnelle und präzise Bestimmung der Organismenkonzentration. Bei der herkömmlichen Bestimmung von Keimen durch Ausplattieren auf Nährböden und Zählen der kolonienbildenden Einheiten liegt das Ergebnis meist erst nach ein bis zwei Tagen vor. Demgegenüber liegt das Meß- und Auswerteergebnis der erfindungsgemäßen Online-Verfahrensweise -vorzugsweise angegeben als kolonienbildende Einheiten pro Milliliter (KBE/ml)- zum Beispiel bereits nach 5 bis 240 Minuten vor, bevorzugt nach 10 bis 60 min. Zudem weist die Erfindung den Vorteil auf, daß kein zusätzliches Nährmedium für die Mikroorganismen zur Verfügung gestellt werden muß. Eine Aufkonzentrati- on der Organismen ist ebenfalls nicht notwendig. Die Erfindung weist den weiteren Vorteil auf, daß sie nur einen geringen apparativen Aufwand mit sich bringt, und insbesondere auch in Mikrosystemtechnik ausgeführt werden kann, das heißt, der als Reaktionsstrecke nötige auch als Strömungsrohr bezeichnete Leitungsabschnitt kann zum Beispiel als geätzter Meander auf einem Glassubstrat vorliegen. Die Sensoren, Ventile und Pumpe können ebenfalls in Mikrosystemtechnik ausgeführt sein, wobei das Strömungsrohr vorzugsweise einen Durchmesser von einigen Mikrometern und eine Länge von mehreren Zentimetern aufweist .The present invention solves the technical problem on which it is based by providing a method for the continuous determination of the concentration of organisms, in particular microorganisms, in a fluid located in a line section, the time-dependent change in at least one metabolite parameter in the fluid filled by the fluid using at least one data acquisition device Line, in particular in the part of the line, the line section, which has the data acquisition device or its sensor, and is preferably fed and evaluated to a data processing system. The line or the line section is preferably assigned to a container which contains the fluid to be determined. The line or the line section assigned to the container represents a closed system for the fluid located and measured therein, that is to say a system which does not permit direct exchange of metabolites measured in the measuring range with the -Undefined- bypass system, the line or the line section is supplied permanently or periodically with fluid to be measured from the container assigned to it. The fluid from the container is therefore generally not removed from the container, for example by means of a ladle, and fed to a closed measuring system. Rather, the line is preferably in flow connection with the container, that is to say at least one of the openings of the line opens into the container, and can absorb fluid from there. The fluid in the line is in a closed or quasi-closed system due to the dwell time in the line section. According to the invention, the line section thus provides a closed system which enables an unadulterated metabolite change measurement due to the dwell time generated in the line section. According to the invention, a closed system is made available inside a container or outside a container, the metabolite change in the fluid being able to be measured directly. The invention thus relates to a method for the continuous determination of the concentration of organisms in a fluid located in a line section, the line section being assigned to a container containing the fluid to be measured and wherein in the closed system caused by the residence time of the fluid in the line section, the time-dependent Change of at least one metabolite parameter is measured by means of at least one data acquisition device. The invention accordingly provides that an organism-contaminated fluid that is in a container and one him preferably assigned line is examined in the line for a time-dependent, preferably also temperature-dependent, change in at least one metabolite parameter. The time-dependent and possibly temperature-dependent change of a suitable metabolite parameter previously determined for one or more organism types is determined by means of a data acquisition device and the current organism concentration is determined arithmetically from the measured values on the basis of a predetermined correlation between the change in the at least one metabolite parameter and the organism concentration. The invention therefore preferably provides that, after measuring the change in at least one metabolite parameter, the measured values are evaluated, preferably in a data processing system, with a predefined arithmetic relationship, also referred to below as correlation, between the change in the at least one detected metabolite parameter and the organism concentration enables the determination of the current organism concentration. According to the invention, the correlations determined for specific organisms can be used to determine the concentration of the organisms as CFU / ml from the time-dependent and possibly also temperature-dependent metabolite parameters. The invention advantageously allows the quasi-or semi-continuous and the continuous, that is to say online, detection of organism concentrations, in particular microorganism concentrations, or germs in fluids. The continuous detection of germs permitted according to the invention enables the particularly rapid and precise determination of the organism concentration. In the conventional determination of germs by plating out on nutrient media and counting the colony-forming units, the result is usually only available after one or two days. In contrast, the measurement and evaluation result of the online procedure according to the invention - preferably given as colony-forming units per milliliter (CFU / ml) - is already available, for example, after 5 to 240 minutes, preferably after 10 to 60 minutes. The invention also has the advantage that no additional nutrient medium has to be provided for the microorganisms. Concentration of the organisms is also not necessary. The invention has the further advantage that it involves only a small outlay on equipment, and in particular can also be carried out in microsystem technology, that is to say that the line section which is also required as a reaction section and is also referred to as a flow tube can be present, for example, as an etched meander on a glass substrate . The sensors, valves and pump can also be implemented using microsystem technology, the flow tube preferably having a diameter of a few micrometers and a length of several centimeters.
Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann also die Konzentration von Organismen, insbesondere Mikroorganismen, als KBE/ml kontinuierlich oder qua- si-kontinuierlich erfaßt werden, indem beispielsweise im Fall von aeroben Keimen in einem Strö- mungsrohr oder Leitungsabschnitt der Verbrauch beispielsweise von Sauerstoff (02) als Metabolitenpa- rameter in Abhängigkeit von der Zeit und vorzugsweise auch der Temperatur gemessen wird. Die Meßwerte werden dann anhand einer vorher bestimmten Korrelation zwischen 02-Verbrauch und Keimkonzentration in die momentan vorliegende Keimkonzentration umgerechnet.With the procedure according to the invention, the concentration of organisms, in particular microorganisms, can thus be recorded continuously or quasi-continuously as CFU / ml, for example in the case of aerobic germs in a stream. pipe or line section, the consumption of, for example, oxygen (0 2 ) is measured as a metabolite parameter as a function of time and preferably also of temperature. The measured values are then converted into the currently present microbial concentration on the basis of a previously determined correlation between 0 2 consumption and microbial concentration.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Organismen jedwede Art von Lebewesen mit Stoffwechselaktivität verstanden, insbesondere Mikroorganismen wie Protozoen, Bakterien, Pilze, Hefen, Algen oder Flechten. Derartige Organismen können ein- oder mehrzellig vorliegen, sie können auch einzeln und/oder kolonienbildend auftreten. In besonders bevorzugter Ausführungsform betrifft die Erfindung die Bestimmung der Konzentration von Mikroorganismen, wie Pseudomonas spec . , E.coli, Lactobacillus spec, Bacillus spec, Leuco- nostoc spec, Clostridium spec, Saccharomyces spec, Sarcina spec, Candia spec, Streptococcus, Staphylococcus, Micrococcus, Methanobacterium, Me- thanococcus, Enterobacteriaceae, Enterococcen, aerobe Sporenbildner, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis und Desulfotomaculum.In connection with the present invention, the term organisms means any kind of living being with metabolic activity, in particular microorganisms such as protozoa, bacteria, fungi, yeast, algae or lichen. Such organisms can be single or multi-celled, they can also occur individually and / or colonies. In a particularly preferred embodiment, the invention relates to the determination of the concentration of microorganisms, such as Pseudomonas spec. , E.coli, Lactobacillus spec. Bacillus spec. Leuconostoc spec. Clostridium spec. Saccharomyces spec. Sarcina spec. Candia spec. Streptococcus Staphylococcus Bacillus subtilis and desulfotomaculum.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Fluid jedwede Art von Flüssigkeit, Gas mit und ohne Aerosol, zum Beispiel Luft, Suspension, Emulsion, Dispersion oder Mischungen derselben verstanden. Im Zusammenhang mit der Erfindung wird unter einer Flüssigkeit jedwede Art von Flüssigkeit verstanden, die potentiell stoffwechselaktive Organismen enthalten kann, beispielsweise Abwässer, Kulturflüssigkeiten, Medien, Flüssigkeiten, die in der Lebensmitteltechnologie , Naturheilmittelherstellung, Kosmetik, Pharmazie und Landwirtschaft, in Brauereien, in Fermentationen und in der Medizintechnik eingesetzt werden, Flüssigkeiten, die bei der Milchverarbeitung, bei Überprüfung von Körperflüssigkeiten auf Keime oder auch bei der mikrobiologischen Überwachung von Befeuchtungseinrichtungen in Klimaanlagen oder bei der Kontrolle von Zu- und Abwässern aus Kläranlagen eine Rolle spielen oder Flüssigkeiten, die bei der Herstellung radioaktiv markierter Substanzen verwandt werden, bei der Energie- und Rohstoffgewinnung, bei der quantitativen Bestimmung von Vitaminen, Aminosäuren und weiteren Verbindungen oder bei der Gewinnung intrazellulärer Substanzen (zum Beispiel Enzyme) . Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer Flüssigkeit auch eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, verstanden, welche beispielsweise durch die Einleitung von keimbelasteten Gasen, zum Beispiel Luft, zum Beispiel aus Klimaanlagen, Mi- kroorganismen-belastet vorliegt und einer Analyse unterzogen werden soll.In connection with the present invention, a fluid is understood to mean any kind of liquid, gas with and without aerosol, for example air, suspension, emulsion, dispersion or mixtures thereof. In the context of the invention, a liquid is understood to mean any type of liquid which can contain potentially metabolically active organisms, for example waste water, culture liquids, media, liquids which are used in food technology, natural medicine production, cosmetics, pharmaceuticals and agriculture, in breweries, in fermentations and used in medical technology, liquids that play a role in milk processing, in the testing of body fluids for germs or in the microbiological monitoring of humidification systems in air conditioning systems or in the control of inflow and outflow water from sewage treatment plants, or liquids that play a role in production radioactively labeled substances are used in the production of energy and raw materials, in the quantitative determination of vitamins, amino acids and other compounds or in the production of intracellular substances (for example enzymes). In connection with the present invention, a liquid is also understood to mean a liquid, in particular water, which is present, for example, as a result of the introduction of germ-contaminated gases, for example air, for example from air conditioning systems, and is to be subjected to an analysis of microorganisms.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem eine Leitung aufweisenden Behälter jedweder offene oder geschlossene Behälter verstanden, der der Aufnahme von erfindungsgemäßen Fluiden dienen kann und zudem eine Leitung dergestalt auf- weist, daß diese in einem StrömungsZusammenhang mit dem Behälter steht .In connection with the present invention, a container having a line is understood to mean any open or closed container which can serve to hold fluids according to the invention and which also has a line indicates that this is in a flow connection with the container.
Unter dem Begriff StrömungsZusammenhang wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, daß Fluid aus dem Behälter direkt in die dem Behälter zugeordnete Leitung fließt, daß Fluid aus der Leitung direkt in den Behälter fließt und/oder daß Fluid aus dem Behälter direkt in die Leitung und aus der Leitung direkt in den Behälter strömen kann. In bevorzugter Ausführungsform ist die Leitung sowohl mit ihrer Eingangs- als auch Ausgangsöffnung unmittelbar mit dem Behälter verbunden und befindet sich beispielsweise außerhalb oder innerhalb des Behälters. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die Leitung nur mit einer ihrer Öffnungen mit dem Behälter verbunden ist und von dem Behälter zu- oder wegführt. In einem solchen Fall wäre die Leitung als Zu- oder Ableitung ausgeführt. Möglich ist es auch, daß die Leitung nicht direkt körperlich mit dem Behälter verbunden ist, sondern zum Beispiel in dem Innern des Behälters ohne Kontakt zu den Behälterwänden oder unabhängig von einem Behälter vorliegt.In connection with the present invention, the term flow connection is understood to mean that fluid flows from the container directly into the line assigned to the container, that fluid flows directly from the line into the container and / or that fluid flows from the container directly into the line and can flow directly from the line into the container. In a preferred embodiment, the line is directly connected to the container with both its inlet and outlet opening and is located, for example, outside or inside the container. Of course, it is also possible for the line to be connected to the container with only one of its openings and to lead in or out of the container. In such a case, the line would be designed as a feed or discharge. It is also possible that the line is not directly physically connected to the container, but is present, for example, in the interior of the container without contact with the container walls or independently of a container.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Leitungsabschnitt die Komponente der erfindungsgemäßen Vorrichtung verstanden, in der mittels der mindestens einen Datenerfassungseinrichtung die zeitabhängige Änderung des Metabolitenparameters des in dem Leitungsabschnitt vorhandenen Fluids gemessen wird, und die, vorzugsweise schlauchförmig ausgebildet, eine Eingangs- und eine Ausgangsöffnung aufweist . Der Leitungsabschnitt kann vorzugsweise mittels Kopplungseinrichtungen, zum Beispiel Ventilen, in bestehende Leitungssysteme beziehungsweise Leitungen eines Behälters eingekoppelt werden. Der Leitungsabschnitt kann auch ein mindestens einen Sensor aufweisender integraler Teil einer Leitung sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß der Leitungsabschnitt in das Fluid in dem Behälter eingeführt wird und so gleichsam in der Terminologie der vorliegenden Erfindung die Leitung des Behälters darstellt. Es kann schließlich auch vorgesehen sein, daß der Leitungsabschnitt keinem Behälter zugeordnet ist, sondern ein Fluid in beliebiger Art und Weise dem Leitungsabschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung so zugeführt wird, daß das Fluid in den Leitungsabschnitt einströmen kann.In connection with the present invention, a line section is understood to mean the component of the device according to the invention in which the time-dependent change in the metabolite parameter of the fluid present in the line section is measured by means of the at least one data acquisition device, and which, preferably in the form of a tube, has an inlet and an outlet Has exit opening. The line section can preferably be coupled into existing line systems or lines of a container by means of coupling devices, for example valves. The line section can also be an integral part of a line having at least one sensor. However, it can also be provided that the line section is introduced into the fluid in the container and thus, as it were in the terminology of the present invention, represents the line of the container. Finally, it can also be provided that the line section is not assigned to a container, but rather that a fluid is supplied to the line section of the device according to the invention in any manner so that the fluid can flow into the line section.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer kontinuierlichen Messung oder Bestimmung eine Bestimmung verstanden, bei der das Fluid permanent, das heißt ohne Unterbrechung, durch die Leitung und den die mindestens eine Datenerfassungseinrichtung aufweisenden Leitungsabschnitt strömt und die Metabolitenparameter dabei bestimmt werden. Die Bestimmung der Metabolitenparameter und/oder deren Auswertung kann dabei jeweils permanent oder in periodischen Abständen erfolgen. Unter einer quasi-kontinuierlichen oder semi-kontinuierlichen Messung oder Bestimmung wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Bestimmung verstanden, bei der das Fluid in der Leitung und dem mindestens eine Datenerfassungseinrichtung aufweisenden Leitungsabschnitt zeitweise zum Stillstand kommt und/oder eine Strömungsumkehr bewirkt wird. Auch hier kann die Bestimmung der Metabolitenparameter und/oder deren Auswertung permanent oder in periodischen Abständen erfolgen.In connection with the present invention, a continuous measurement or determination is understood to mean a determination in which the fluid flows permanently, that is to say without interruption, through the line and the line section which has at least one data acquisition device and the metabolite parameters are determined in the process. The metabolite parameters can be determined and / or evaluated in each case permanently or at periodic intervals. A quasi-continuous or semi-continuous measurement or determination is understood in connection with the present invention to be a determination in which the fluid in the line and the line section having at least one data acquisition device temporarily comes to a standstill and / or a flow reversal is effected. Here too, the metabolite parameters can be determined and / or evaluated permanently or at periodic intervals.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Metaboliten ein Stoff verstanden, der durch die biologische Aktivität eines Organismus1, insbesondere durch einen Mikroorganismus, modifiziert wird; insbesondere ein Stoff, der verbraucht, also ein Stoffwechseledukt, oder erzeugt wird, also ein Stoffwechselprodukt. Als Stoffwechseledukt und StoffWechselprodukt kommen zum Beispiel Sauerstoff, Methan, Wasserstoff, Sulfid, Stickstoff oder ein Gärprodukt, wie Ethanol, Butanol, Aceton, Propanol, Lactat, Acetat, Formiat, Butyrat, Kohlendioxid, Carbonat, Ammoniak, Ammonium, Nitrit, Nitrat, Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, Metalle, insbesondere Kupfer, Eisen, Molybdän und Uran, Kohlenhydrate, insbesondere Stärke, Cellulo- se, Pullulan, Laminarin, Melibiose, Pektine, Chitin und Xylane, und/oder Schwefelwasserstoff in Betracht .In the context of the present invention, a metabolite is understood to mean a substance which is modified by the biological activity of an organism 1 , in particular by a microorganism; in particular a substance that consumes, that is, a metabolism, or is produced, that is, a metabolite. The metabolic adduct and metabolic product are, for example, oxygen, methane, hydrogen, sulfide, nitrogen or a fermentation product such as ethanol, butanol, acetone, propanol, lactate, acetate, formate, butyrate, carbon dioxide, carbonate, ammonia, ammonium, nitrite, nitrate, hydrocarbons , aromatic hydrocarbons, metals, in particular copper, iron, molybdenum and uranium, carbohydrates, in particular starch, cellulose, pullulan, laminarin, melibiosis, pectins, chitin and xylans, and / or hydrogen sulfide.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Metabolitenparameter eine hinsichtlich des bestimmten Metaboliten quantitative Angabe verstanden, beispielsweise die Konzentration des Metaboliten, der pH-Wert der Flüssigkeit oder deren elektrische Leitfähigkeit . Auch das Redoxpotential kann als Metabolitenparameter herangezogen werden. Derartige Angaben erlauben direkt, zum Beispiel Konzentrationsbestimmung, oder indirekt, zum Beispiel Redoxpotential, bei zeitabhängiger Bestimmung des Metabolitenparameters einen Rückschluß auf den Verbrauch beziehungsweise die Produktion des jeweiligen oder der jeweiligen Metaboliten.In connection with the present invention, a metabolite parameter is understood to mean a quantitative statement with regard to the specific metabolite, for example the concentration of the metabolite, the pH of the liquid or its electrical conductivity. The redox potential can also be used as a metabolite parameter. Such statements allow direct, for example concentration determination, or indirect, for example redox potential, a conclusion on the time-dependent determination of the metabolite parameter Consumption or the production of the respective metabolite or metabolites.
Die Bestimmung der Metabolitenkonzentration kann gegebenenfalls auch durch optische Meßmethoden, zum Beispiel UV- oder IR-Absorption, mittels Dünn- oder Dickschicht-Sensoren, Sensoren auf Halbleiterbasis, ionenselektiver Elektroden oder chromatographischer Meßmethoden oder Ultraschallmeßverfahren erfolgen.The metabolite concentration can optionally also be determined by optical measurement methods, for example UV or IR absorption, by means of thin or thick-film sensors, sensors based on semiconductors, ion-selective electrodes or chromatographic measurement methods or ultrasound measurement methods.
Die Erfindung sieht in einer bevorzugten Ausführungsform vor, daß das Fluid ungepuffert vorliegt, so daß der pH-Wert und/oder die Leitfähigkeit als Metabolitenparameter verwendet werden kann. Selbstverständlich sieht die Erfindung jedoch auch die Verwendung eines gepufferten Fluids vor, wobei dann als Metabolitenparameter beispielsweise die Konzentration des oder der Metaboliten herangezogen werden kann.In a preferred embodiment, the invention provides that the fluid is unbuffered, so that the pH and / or the conductivity can be used as metabolite parameters. Of course, the invention also provides for the use of a buffered fluid, in which case the concentration of the metabolite or metabolites can be used as the metabolite parameter.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird über eine Ausschleusung das zu untersuchende Medium unverändert aus dem zu untersuchenden Prozess entnommen. Insbesondere kann nach der Ausschleusung eine zeitliche Verzögerung vor dem Eintreffen am Messsenor oder an der Messsonde erzeugt werden. Beispielsweise kann die zeitliche Verzögerung variiert werden, insbesondere durch Länge und/oder Durchmesser einer Rohrleitung, einer Kapillare oder ähnlichem und der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids.In a further preferred embodiment, the medium to be examined is removed unchanged from the process to be examined via a discharge. In particular, a time delay before arrival at the measuring sensor or at the measuring probe can be generated after the discharge. For example, the time delay can be varied, in particular by the length and / or diameter of a pipeline, a capillary or the like and the flow rate of the fluid.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Leitungsabschnitt beispielsweise über Ventile kurzge- schlossen und das Fluid mit Hilfe einer Pumpe im Kreis geführt werden. Die Verweilzeit, das heisst die zeitliche Verzögerung, wird dann beispielsweise über die Zahl der Umläufe beziehungsweise die Dauer des Kurzschlusses eingestellt.In a further embodiment, the line section can be briefly connected, for example, via valves. closed and the fluid is circulated with the help of a pump. The dwell time, i.e. the time delay, is then set, for example, via the number of cycles or the duration of the short circuit.
Bevorzugt kann auf dem Weg zur Messsonde eine Veränderung eines zu messenden Parameters entstehen, der mit dem Stoffwechsel der Mikroorganismen korre- lieren kann.A change in a parameter to be measured, which can correlate with the metabolism of the microorganisms, can preferably occur on the way to the measuring probe.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Organismenkonzentration, insbesondere Mikroorganismenkonzentration, in einem Gas oder Gasgemisch, zum Beispiel Luft, bestimmt. Dies kann erfindungsgemäß in dem Gas selbst, gegebenenfalls nach Aufkonzentrierung an Membranen oder Filtern, geschehen oder, indem vor Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens das Gas oder Gasgemisch durch eine Flüssigkeit geleitet wird, so daß die in dem Gas oder Gasgemisch befindlichen Organismen aus diesem herausgewaschen und in der Flüssigkeit angereichert werden. Die Flüssigkeit wird dann dem vorliegenden Verfahren zugeführt.In a further preferred embodiment of the invention, the organism concentration, in particular microorganism concentration, is determined in a gas or gas mixture, for example air. This can be done according to the invention in the gas itself, optionally after concentration on membranes or filters, or by passing the gas or gas mixture through a liquid before carrying out the process described here, so that the organisms in the gas or gas mixture are washed out of it and be enriched in the liquid. The liquid is then fed to the present process.
Die Erfindung sieht in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vor, daß das Fluid während der Messung kontinuierlich durch die dem Behälter zugeordnete Leitung, insbesondere Leitungsabschnitt, geführt wird. Diese Verfahrensweise setzt den Einsatz zweier Sensoren einer Datenerfassungseinrichtung in dem Leitungsabschnitt voraus.In a further preferred embodiment, the invention provides that the fluid is guided continuously through the line assigned to the container, in particular line section, during the measurement. This procedure requires the use of two sensors of a data acquisition device in the line section.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Fluid in der Leitung umgewälzt wird, um so eine möglichst gleichmäßige Verteilung des mindestens einen Metaboliten zu gewährleisten. Diese Verfahrensweise setzt die periodische Entkopplung des Leitungsabschnitts vom Behälter voraus, zum Beispiel mittels eines oder mehrerer Ventile. Als vorteilhaft erweist sich die Möglichkeit, nur einen Sensor einer Datenerfassungseinrichtung einzusetzen.In a particularly preferred embodiment it is provided that the fluid is circulated in the line in order to ensure that the at least one metabolite is distributed as evenly as possible. This procedure requires the periodic decoupling of the line section from the container, for example by means of one or more valves. The possibility of using only one sensor of a data acquisition device has proven to be advantageous.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sieht die Erfindung also vor, daß die Messung des mindestens einen Metabolitenparameters mittels zweier in Serie geschalteter Datenerfassungseinrichtungen oder zweier Sensoren einer Datenerfassungseinrichtung erfolgt, wobei das Fluid kontinuierlich durch die die Datenerfassungseinrichtung aufweisende Leitung strömen kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Messung mittels einer Datenerfassungseinrichtung oder eines Sensors erfolgt, wobei dann entweder eine, vorzugsweise ventilgesteuerte Umschaltung der Strömungsrichtung der Flüssigkeit in der Leitung oder eine Verweilzeit des Fluids in der Leitung vorgesehen ist . Es handelt sich dann um quasi-kontinuierliche Bestimmungen, wobei die Leitung oder der Leitungsabschnitt, vorzugsweise periodisch, von dem Behälter entkoppelt wird.In a further preferred embodiment, the invention therefore provides that the measurement of the at least one metabolite parameter is carried out by means of two data acquisition devices connected in series or two sensors of a data acquisition device, the fluid being able to flow continuously through the line having the data acquisition device. However, it can also be provided that the measurement is carried out by means of a data acquisition device or a sensor, in which case either a preferably valve-controlled changeover of the flow direction of the liquid in the line or a dwell time of the fluid in the line is provided. It is then a question of quasi-continuous determinations, the line or the line section, preferably periodically, being decoupled from the container.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das Fluid thermostatisiert wird, vorzugsweise in einem an die jeweilige Organismenart angepaßten Bereich, beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 10°C und 40°C; insbesondere 30°C bis 35°C für Pseudomonas spec. Durch Temperaturerhöhung und Konstanthaltung bei dieser Temperatur kann erfindungsgemäß eine Steigerung der Meßempfindlichkeit erreicht werden, wobei beispielsweise bei einer Temperatur von 30°C bis 35°C für Pseudomonas spec. eine Nachweisgrenze mit einem Grenzwert von 10 bis 100 KBE/ml erreicht wird.In a further preferred embodiment it can be provided that the fluid is thermostatted, preferably in a range adapted to the respective organism type, for example in a temperature range between 10 ° C and 40 ° C; especially 30 ° C to 35 ° C for Pseudomonas spec. By increasing the temperature and keeping it constant this temperature, according to the invention, an increase in measuring sensitivity can be achieved, for example at a temperature of 30 ° C to 35 ° C for Pseudomonas spec. a detection limit of 10 to 100 CFU / ml is reached.
Erfindungsgemäß kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Begasung des zu untersuchenden Fluids mit Gasgemischen oder Gasen, zum Beispiel Luft, erfolgen, wenn der Gehalt an gelösten Gasen, insbesondere Sauerstoff, zu gering ist und aerobe Keime detektiert werden sollen. Selbstverständlich können auch andere Gase zugeführt werden, die eine Detektion von anaeroben Organismen, beispielsweise im medizinisch/klinischen Bereich, in Kläranlagen und bei der Bildung von Methan und Acetat durch Carbonatreduktion mittels methanogener und acetoge- ner Bakterien gestatten. Gegebenenfalls kann in allen vorgenannten Ausführungsformen eine Reinigungs- beziehungsweise Sterilisierprozedur des Leitungsabschnitts zwischen einzelnen Meßvorgängen vorgesehen werden.According to the invention, in a further preferred embodiment, gassing of the fluid to be examined with gas mixtures or gases, for example air, can take place if the content of dissolved gases, in particular oxygen, is too low and aerobic germs are to be detected. Of course, other gases can also be supplied which allow detection of anaerobic organisms, for example in the medical / clinical field, in sewage treatment plants and in the formation of methane and acetate by carbonate reduction by means of methanogenic and acetogenic bacteria. If necessary, a cleaning or sterilization procedure of the line section between individual measuring processes can be provided in all of the above-mentioned embodiments.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von Organismen, insbesondere Mikroorganismen, in einem Fluid, insbesondere zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Leitung, insbesondere einen Leitungsabschnitt, ein Datenverarbeitungssystem mit einem Programm zur Ermittlung der Organismenkonzentration und mindestens eine zumindest teilweise in oder an der Leitung angeordnete Datenerfassungseinrichtung umfaßt. Selbstverständ- lich kann auch nur ein Teil der Datenerfassungseinrichtung, zum Beispiel dessen Sensor oder Meßfühler, an oder in dem Leitungsabschnitt angeordnet sein und die erfaßten Daten an die zum Beispiel im Datenverarbeitungssystem integrierte Datenerfassungseinrichtung übermitteln. In bevorzugter Aus- führungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung der Temperatur im Leitungsabschnitt vor, so daß das erfindungsgemäße Verfahren unter Kontrolle der Temperatur und in Temperaturabhängigkeit durchgeführt werden kann.The invention also relates to a device for determining the concentration of organisms, in particular microorganisms, in a fluid, in particular for performing one of the aforementioned methods, the device comprising a line, in particular a line section, a data processing system with a program for determining the organism concentration and at least one Data acquisition device arranged at least partially in or on the line. Self-evident Lich, only part of the data acquisition device, for example its sensor or sensor, can be arranged on or in the line section and transmit the acquired data to the data acquisition device integrated in the data processing system, for example. In a preferred embodiment, the device according to the invention has a device for determining the temperature in the line section, so that the method according to the invention can be carried out while controlling the temperature and depending on the temperature.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Leitungsabschnitt mit jeweils einer Eingangs- und einer Ausgangsδffnung auf, wobei diese beiden Öffnungen oder eine dieser beiden Öffnungen Kupplungsoder Kopplungseinrichtungen aufweisen können, die die Einkopplung in eine Leitung eines Behälters oder in den Behälter selbst ermöglichen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Leitung, beziehungsweise den Leitungsabschnitt, der Vorrichtung direkt in das Fluid eines Behälters einzutauchen, oder das Fluid in den Leitungsabschnitt einzuführen, ohne eine Kopplung direkt mit dem Behälter oder an eine seiner Leitungen vorzusehen.The device according to the invention has a line section with in each case an inlet and an outlet opening, these two openings or one of these two openings being able to have coupling or coupling devices which enable coupling into a line of a container or into the container itself. However, it can also be provided that the line, or the line section, of the device is immersed directly in the fluid of a container, or the fluid is introduced into the line section, without providing a coupling directly to the container or to one of its lines.
Das Programm zur Ermittlung der Organismenkonzentration weist eine Korrelation in Form eines in einem Software-Programm niedergelegten Algorithmus auf, der auf die jeweilige Analyseaufgabe hin angepaßt wurde, das heißt, aus der gemessenen zeitabhängigen Veränderung eines oder mehrerer Metabolitenparameter die Organismenkonzentration beziehungsweise Keimzahl berechnet . Die Korrelation kann auch eine Temperaturabhängigkeit erfassen. Das Programm zur Ermittlung der Organismenkonzentration setzt also für seine Erstellung das Bereitstellen einer Datenbasis voraus, aus der eine Korrelation zwischen Organismenzahl und Metabolitenparameter in Abhängigkeit von Zeit und gegebenenfalls Temperatur gewonnen werden kann. Die Organismenkonzentration, insbesondere die Keimzahl, wird bei der Erstellung dieser Datensätze in herkömmlicher Weise ermittelt, beispielsweise durch Ausplattieren und Auszählen auf Nährmedien. Anhand herkömmlich gewonnener Angaben über die Organismenkonzentration in Abhängigkeit von der zeitlichen und gegebenenfalls auch temperaturabhängigen Änderung des Metabolitenparameters können so Eichkurven und damit Korrelationen gewonnen werden, die in dem erfindungsgemäßen Datenverarbeitungssystem eingesetzt werden können.The program for determining the organism concentration has a correlation in the form of an algorithm stored in a software program, which has been adapted to the respective analysis task, that is, calculates the organism concentration or bacterial count from the measured time-dependent change in one or more metabolite parameters. The correlation can also record a temperature dependency. The program for determining the organism concentration therefore requires the provision of a database for its creation, from which a correlation between the number of organisms and the metabolite parameters as a function of time and possibly temperature can be obtained. The organism concentration, in particular the bacterial count, is determined in a conventional manner when these data sets are created, for example by plating out and counting on nutrient media. On the basis of conventionally obtained information about the organism concentration depending on the temporal and possibly also temperature-dependent change in the metabolite parameter, calibration curves and thus correlations can be obtained which can be used in the data processing system according to the invention.
In besonders bevorzugter Ausführungsform ist die erfindungsgemäß eingesetzte Datenerfassungseinrichtung eine 02-Datenerfassungseinrichtung, eine pH- Datenerfassungseinrichtung, eine Leitfähigkeitsda- tenerfassungseinrichtung oder eine Redoxdatenerfassungseinrichtung. Die Datenerfassungseinrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt jeweils mindestens einen Sensor oder Meßfühler, der in das zu bestimmende Fluid eintaucht oder mit ihm in Kontakt steht.In a particularly preferred embodiment, the data acquisition device used according to the invention is a 0 2 data acquisition device, a pH data acquisition device, a conductivity data acquisition device or a redox data acquisition device. The data acquisition device of the present invention in each case comprises at least one sensor or measuring sensor which is immersed in the fluid to be determined or is in contact with it.
Die Bestimmung der Metabolitenkonzentration kann gegebenenfalls auch durch Vorrichtungen zur Durchführung von optischen Meßmethoden, zum Beispiel UV- oder IR-Absorption, oder chromatographischen Meßmethoden mittels Dünn- oder Dickschicht-Sensoren, Sensoren auf Halbleiterbasis oder ionenselektiver Elektroden oder Ultraschallmeßverfahren erfolgen.The determination of the metabolite concentration can optionally also be carried out using devices for carrying out optical measurement methods, for example UV or IR absorption, or chromatographic measurement methods using thin or thick-film sensors. Semiconductor-based sensors or ion-selective electrodes or ultrasonic measuring methods are used.
Die mittels der Datenerfassungseinrichtung oder ihres Sensors ermittelten Daten aus dem Leitungsabschnitt können beispielsweise über ein Datentrans- ferkabel an das Datenverarbeitungssystem übermittelt werden. Die Erfindung sieht jedoch auch eine Datenfernübertragung von Datenerfassungseinrichtung zu Datenverarbeitungssystem, beispielsweise mittels entsprechender Glasfaser-gestützter Systeme, Modems, Bus-Systeme, Infrarot-Geräte oder Funk vor.The data from the line section determined by means of the data acquisition device or its sensor can be transmitted to the data processing system, for example, via a data transfer cable. However, the invention also provides remote data transmission from the data acquisition device to the data processing system, for example by means of corresponding glass fiber-based systems, modems, bus systems, infrared devices or radio.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung ferner mindestens ein Ventil, zum Beispiel ein 4-Wege-, 6-Wegeventil oder ein anderes Mehrwegeventil, vorzugsweise gesteuert über das Datenverarbeitungssystem, auf. Das Ventil kann der Ankopplung des Leitungsabschnitts der erfindungsgemäßen Vorrichtung an eine Leitung eines Behälters dienen. Es dient auch der Entkopplung des in dem Leitungsabschnitt' befindlichen Fluids von der Leitung und dem Behälter sowie der Umwälzung und Strömungsumkehr, sofern erwünscht und nötig. Die Vorrichtung kann ferner mindestens eine Pumpe und eine Einrichtung zur Thermostatisierung aufweisen. Die Pumpe kann periodisch ausgeschaltet werden, um die Verweilzeit des Fluids im Leitungsabschnitt und damit die Meßgenauigkeit zu erhöhen.In a preferred embodiment of the invention, the device also has at least one valve, for example a 4-way, 6-way valve or another multi-way valve, preferably controlled via the data processing system. The valve can be used to couple the line section of the device according to the invention to a line of a container. It also serves to decouple the fluid in the line section from the line and the container and to circulate and reverse the flow, if desired and necessary. The device can also have at least one pump and a device for thermostatting. The pump can be switched off periodically in order to increase the residence time of the fluid in the line section and thus the measuring accuracy.
In bevorzugter Ausführung können die 4-Wege- beziehungsweise 6-Wegeventile entfallen, wenn für den Eingang und den Ausgang des Leitungsabschnittes oder Strömungsrohres jeweils eine separate Datener- fassungseinrichtung oder eine Datenerfassungseinrichtung mit zwei Sensoren verwendet wird.In a preferred embodiment, the 4-way or 6-way valves can be omitted if a separate data is generated for the inlet and the outlet of the line section or flow pipe. Detection device or a data acquisition device with two sensors is used.
Die Einrichtung zur Thermostatisierung dient der Optimierung der Stoffwechselbedingungen der Organismen und kann sowohl der Thermostatisierung der Datenerfassungseinrichtung, der Leitung beziehungsweise des Leitungsabschnittes, der Pumpe und/oder der Ventile dienen. Selbstverständlich kann die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung auch ohne Thermostatisierung bei Umgebungstemperaturen durchgeführt werden.The device for thermostatting serves to optimize the metabolic conditions of the organisms and can serve both for thermostatting the data acquisition device, the line or line section, the pump and / or the valves. Of course, the device and the method of the invention can also be carried out at ambient temperatures without thermostatting.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Leitung oder der Leitungsabschnitt als Schlauch oder als Hohlfaserbündel, vorzugsweise mit 10 bis 10.000 Fasern pro Bündel, ausgeführt sein. Sofern der Leitungsabschnitt, der auch als Strömungsrohr ausgeführt sein kann, als Schlauch ausgeführt ist, kann ein Innendurchmesser von 0,5 bis 100 mm, bevorzugt 1 bis 10 mm, mit einer Länge von 0,05 bis 50 m, bevorzugt 5 bis 20 m, vorgesehen sein. Sofern der Leitungsabschnitt als Hohlfaserbündel ausgeführt ist, kann ein Innendurchmesser der Hohlfasern von 10 bis 1000 μm mit einer Länge von 1 bis 200 cm, bevorzugt 1 bis 40 cm, vorgesehen sein. Die Verwendung von Hohlfasern hat den Vorteil, daß die Strömungsbedingungen optimiert werden können. Der Leitungsabschnitt ist vorzugsweise für eine für jede Meßaufgabe genau definierte Fluidverweildauer und entsprechende Geometrie, Strömungsverhältnisse und Adsorptionseigenschaften auszulegen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise so aufgebaut sein, daß das Datenverarbeitungssystem, beispielsweise basierend auf einem Mikroprozessor, mit einem Programm zur Ermittlung der Organismenkonzentration, gegebenenfalls mit einer Anzeigevorrichtung, in einem Gehäuse angeordnet ist und mit einem Datentransferkabel mit einem mindestens eine Datenerfassungseinrichtung aufweisenden Leitungsabschnitt, der gegebenenfalls ein oder mehrere Ventile aufweist, verbunden ist. Der Leitungsabschnitt dieser Vorrichtung wird in ein System mit einem zu analysierenden Fluid eingekoppelt, so daß ein definierter Leitungsabschnitt, also ein Leitungsabschnitt mit einer definierten Geometrie und definierten Strömungseigenschaften, für die Meßwerterfassung vorliegt. Die Geometrie des Leitungsabschnitts ist vorzugsweise so zu dimensionieren, daß ein Absetzen und Anhaften der Organismen nicht erfolgen kann. Selbstverständlich kann die Vorrichtung auch ein Datenverarbeitungssystem, ein Datentransferkabel und einen eine Pumpe aufweisenden Leitungsabschnitt mit zwei Sensoren einer oder zwei Datenerfassungseinrichtungen umfassen, wobei der Leitungsabschnitt einfach in das Fluid eines Behälters getaucht wird und die Messung unter Erzeugung einer pumpgetriebenen Strömung im Leitungsabschnitt durchgeführt wird.In a particularly preferred embodiment, the line or line section can be designed as a hose or as a hollow fiber bundle, preferably with 10 to 10,000 fibers per bundle. If the line section, which can also be designed as a flow tube, is designed as a hose, an inner diameter of 0.5 to 100 mm, preferably 1 to 10 mm, with a length of 0.05 to 50 m, preferably 5 to 20 m , be provided. If the line section is designed as a hollow fiber bundle, an inner diameter of the hollow fibers of 10 to 1000 μm with a length of 1 to 200 cm, preferably 1 to 40 cm, can be provided. The use of hollow fibers has the advantage that the flow conditions can be optimized. The line section should preferably be designed for a fluid residence time precisely defined for each measurement task and corresponding geometry, flow conditions and adsorption properties. The device according to the invention can, for example, be constructed in such a way that the data processing system, for example based on a microprocessor, is arranged in a housing with a program for determining the organism concentration, optionally with a display device, and with a data transfer cable with a line section having at least one data acquisition device optionally has one or more valves, is connected. The line section of this device is coupled into a system with a fluid to be analyzed, so that a defined line section, ie a line section with a defined geometry and defined flow properties, is available for the measurement value acquisition. The geometry of the line section should preferably be dimensioned such that the organisms cannot settle and adhere. Of course, the device can also comprise a data processing system, a data transfer cable and a line section having a pump with two sensors of one or two data acquisition devices, wherein the line section is simply immersed in the fluid of a container and the measurement is carried out with the generation of a pump-driven flow in the line section.
Die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, also des erfindungsgemäßen Online-Erfassungssystems, kann auch in Mikrosystemtechnik und/oder als mobiles Diagnosegerät erfolgen. Eine derartige mobile, insbesondere tragbare Vorrichtung umfaßt ein Datenverarbeitungssystem der vorgenannten Art, min- destens eine Datenerfassungseinrichtung mit mindestens einem Sensor, der an oder in einem ebenfalls vorgesehenen Leitungsabschnitt angeordnet ist. Gegebenenfalls können eine oder mehrere Ventile am Leitungsabschnitt vorgesehen sein.The device according to the invention, that is to say the online detection system according to the invention, can also be implemented in microsystem technology and / or as a mobile diagnostic device. Such a mobile, in particular portable, device comprises a data processing system of the aforementioned type, min. at least a data acquisition device with at least one sensor, which is arranged on or in a likewise provided line section. If necessary, one or more valves can be provided on the line section.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, mithilfe eines vorgeschalteten Wäschers, das heißt eines eine Flüssigkeit oder eine Membran oder Filter aufweisenden Behälters, Keimzahlen in Gasströmen zu bestimmen, in dem das Gas in die Flüssigkeit oder durch den Filter beziehungsweise die Membran geleitet wird. Die Messung kann direkt an den so aufkonzentrierten Keimen auf dem Filter oder der Membran erfolgen oder nach Ablösung in einer Flüssigkeit. Dabei läßt sich die Empfindlichkeit des Nachweises über die Aufkonzentrierung bei der Wäsche und die Meßtemperatur steuern. Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Gaswäsche kann das Waschmittel, zum Beispiel Wasser, beziehungsweise die Membran oder den Filter auf die zu bestimmende Keimart, das heißt die Organismenart, angepaßt werden, um die Meßempfindlichkeit zu maximieren.According to the invention, it is also possible, using an upstream scrubber, that is to say a container having a liquid or a membrane or filter, to determine bacterial counts in gas streams in which the gas is passed into the liquid or through the filter or the membrane. The measurement can take place directly on the germs so concentrated on the filter or membrane or after detachment in a liquid. The sensitivity of the detection can be controlled via the concentration during washing and the measuring temperature. In the gas scrubbing provided according to the invention, the detergent, for example water, or the membrane or the filter can be adapted to the type of germ to be determined, that is to say the type of organism, in order to maximize the sensitivity of measurement.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine Verzögerungsleitung vorgesehen sein. Durch die Wahl des Materials des Leitungsabschnitts, der als Verzögerungsleitung dient, können alle störenden Einflüsse, wie beispielsweise Katalyse, Lichteinwirkung und andere, die die Korrelation des besagten Parameters mit dem Stoffwechsel der Mikroorganismen in unübersichtlicher und unbeabsichtigter Weise beeinträchtigen können, weitestgehend ausgeschlossen werden. Insbesondere kann das Material des Leitungsabschnitts und/oder der Verzögerungsleitung bevorzugt aus nichtkorrosiven Metallen und Metalllegierungen, inerten Kunststoffen, Keramiken und Gläsern bestehen. Insbesondere können nur inerte Dichtmaterialien verwendet werden, bevorzugt geschweisste Verbindungen.In a further preferred embodiment, a delay line can be provided. By choosing the material of the line section that serves as a delay line, all disruptive influences, such as catalysis, exposure to light and others that can impair the correlation of said parameter with the metabolism of the microorganisms in a confusing and unintentional manner can be largely excluded. In particular, the material of the line section and / or the delay line can preferably consist of non-corrosive metals and metal alloys, inert plastics, ceramics and glasses. In particular, only inert sealing materials can be used, preferably welded connections.
Insbesondere können noch andere Sensoren mit der Vorrichtung wirkverbunden sein, als die die zur Messung des Stoffwechsel der Microorganismen vorgesehen sind. Vorteilhafterweise haben die anderen Sensoren keine Auswirkung auf den Messwert des zur Messung des mit dem Stoffwechsel der Mircoorganis- men korrelierenden Parameters eingesetzten Sensors, bevorzugt sind insbesondere physikalische Messmethoden, wie beispielsweise Dichte, Brechungsindex, Oberflächenspannung, Trübung, Ultraschall, Leitfähigkeit, pH-Wert, Temperatur und andere. Durch eine kombinierte Auswertung von mindestens zwei ermittelten Messgrößen können sonst nicht zugängliche Parameter des Fluids errechnet werden.In particular, sensors other than those provided for measuring the metabolism of the microorganisms can also be operatively connected to the device. Advantageously, the other sensors have no effect on the measured value of the sensor used to measure the parameter correlating with the metabolism of the microorganisms; physical measurement methods such as density, refractive index, surface tension, turbidity, ultrasound, conductivity, pH value are particularly preferred. Temperature and others. Through a combined evaluation of at least two determined measured variables, otherwise inaccessible parameters of the fluid can be calculated.
Insbesondere kann die Anordnung der Messgeräte so gewählt sein, dass Rückwirkungen ausgeschlossen werden können. Bevorzugt kann die Vorrichtung chemisch und thermisch sterilisierbar sein.In particular, the arrangement of the measuring devices can be selected so that repercussions can be excluded. The device can preferably be chemically and thermally sterilizable.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der zugehörigen Figuren näher erläutert .The invention is explained in more detail by means of exemplary embodiments and the associated figures.
Die Figuren zeigen: Figur 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Datenerfassungseinrichtungen,The figures show: FIG. 1 shows schematically a device according to the invention with two data acquisition devices,
Figuren schematisch eine erfindungsgemäße Vor- 2a und 2b richtung und das damit durchgeführte Verfahren für die quasi-kontinuierliche Bestimmung der Mikroorganismenkonzentration mit 4-Wegeventil und Umwälzung, wobei Figur 2a den Regenerations- und Figur 2b den Meßzyklus darstellt,Figures schematically a device according to the invention 2a and 2b and the method carried out with it for the quasi-continuous determination of the microorganism concentration with 4-way valve and circulation, FIG. 2a representing the regeneration cycle and FIG. 2b the measuring cycle,
Figuren eine weitere Ausführungsform einer erfin- 3a und 3b dungsgemäßen Vorrichtung und des damit durchgeführten Verfahrens zur quasi-kontinuierlichen Bestimmung der Mikroorganismenkonzentration mit 4-Wegeventil und Strömungsumkehr, wobei Figur 3a die Messung am Strömungsröhreingang und Figur 3b die Messung am Strömungsrohrausgang darstellt,3 shows a further embodiment of a device according to the invention, 3a and 3b, and of the method carried out therewith for the quasi-continuous determination of the microorganism concentration with a 4-way valve and flow reversal, FIG. 3a showing the measurement at the flow tube inlet and FIG. 3b the measurement at the flow tube outlet,
Figuren eine weitere Ausführungsform einer erfin- 4a und 4b dungsgemäßen Vorrichtung und des damit durchgeführten Verfahrens zur quasi-kontinuierlichen Bestimmung der Mikroorganismenkonzentration mit einem 6-Wegeventil ohne Strömungsumkehr im Leitungsabschnitt, wobei Figur 4a die Messung am Strömungsrohreingang und Figur 4b die Messung am Strömungsrohrausgang darstellt. Figur 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des damit durchgeführten Verfahrens zur kontinuierlichen Bestimmung der Mikroorganismenkonzentration mit zwei Datenerfassungseinrichtungen undFIGS. 4a and 4b show another embodiment of a device according to the invention and the method carried out therewith for the quasi-continuous determination of the microorganism concentration with a 6-way valve without flow reversal in the line section, FIG. 4a showing the measurement at the flow pipe inlet and FIG. 4b showing the measurement at the flow pipe exit. Figure 5 shows a further embodiment of the device according to the invention and the method carried out with it for the continuous determination of the microorganism concentration with two data acquisition devices and
Figur 6 einen typischen Verlauf des Sauerstoffge- haltes in einer mit Mikroorganismen belasteten Flüssigkeit.FIG. 6 shows a typical course of the oxygen content in a liquid contaminated with microorganisms.
Im Folgenden werden für bau- und/oder funktionsgleiche Teile auch identische Bezugszeichen verwendet.In the following, identical reference numerals are also used for parts that are identical in construction and / or function.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100, die einen Leitungsabschnitt 46, zwei 02-Datenerfassungseinrichtungen 3, 31 mit jeweils einem in dem Leitungsabschnitt 46 angeordneten Meßfühler oder Sensor 30, 30', Datentransferleitungen 40 sowie ein Datenverarbeitungssystem 50 umfaßt. Die beiden Datenerfassungseinrichtungen 3, 3' sind mit dem Datenverarbeitungssystem 50 jeweils durch die Datentransferleitungen 40 verbunden. Die beiden am oder im Leitungsabschnitt 46 angeordneten Datenerfassungseinrichtungen 3, 3' weisen jeweils Meßfühler 30, 30' auf, die in dem Leitungsabschnitt 46 angeordnet sind und dort mit der Flüssigkeit 80 in Kontakt treten können. Eine der Datenerfassungseinrichtungen 3, ist dem Probeentnahmebereich 20 der Leitung 4, während die andere Datenerfassungseinrichtung 3 ' dem Proberücklauf 22 der Leitung 4 zugeordnet ist. Dargestellt ist ferner die Leitung 4 und die dem Probeentnahmebereich 20 zugeordnete Pumpe 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Der Leitungsabschnitt 46 ist mittels zweier flüssigkeitsdichter Kupplungen 70, 71 in die Leitung 4 in Strömungszusammenhang integriert . Schließlich stellt die Figur 1 einen Behälter 90 mit einer Flüssigkeit 80 dar. Dargestellt ist ferner eine Thermostatisierungseinheit 8, die der konstanten Temperierung des Leitungsabschnitts 46 dient, in den die Meßfühler 30 angeordnet sind. Selbstverständlich kann die Thermostatisierung auch zusätzlich weitere Bereiche der Leitung 4 einschließlich der Pumpe 5 erfassen.FIG. 1 shows a device 100 according to the invention, which comprises a line section 46, two 0 2 data acquisition devices 3, 3 1 , each with a sensor or sensor 30, 30 ′ arranged in the line section 46, data transfer lines 40 and a data processing system 50. The two data acquisition devices 3, 3 ′ are each connected to the data processing system 50 by the data transfer lines 40. The two data acquisition devices 3, 3 'arranged on or in the line section 46 each have sensors 30, 30' which are arranged in the line section 46 and can come into contact with the liquid 80 there. One of the data acquisition devices 3 is assigned to the sampling area 20 of the line 4, while the other data acquisition device 3 'is assigned to the sample return line 22 of the line 4. The line 4 and the one assigned to the sampling area 20 are also shown Pump 5 of the device 100 according to the invention. The line section 46 is integrated into the line 4 in a flow connection by means of two liquid-tight couplings 70, 71. Finally, FIG. 1 shows a container 90 with a liquid 80. A thermostat unit 8 is also shown, which is used for constant temperature control of the line section 46, in which the sensors 30 are arranged. Of course, the thermostat can also detect additional areas of the line 4, including the pump 5.
Das Datenverarbeitungssystem 50 umfaßt ein Gehäuse 52, einen Mikroprozessor 54 sowie eine Anzeigevorrichtung 56.The data processing system 50 comprises a housing 52, a microprocessor 54 and a display device 56.
Der Mikroprozessor 54 des Datenverarbeitungssystems 50 verarbeitet ein Programm zur Ermittlung der Mikroorganismenkonzentration, wobei die Mikroorganismenkonzentration aus den von den Datenerfassungs- einrichtungen 3, 3' über die Datentransferleitungen 40 übermittelten, zeit- und gegebenenfalls temperaturabhängig erfaßten Metabolitenparametern rechnerisch bestimmt wird. Dazu weist das Programm eine Korrelation auf, die die Organismenkonzentration aus der zeit- sowie gegebenenfalls temperaturabhängigen Änderung eines Metabolitenparameters berechnet. Zur Bestimmung dieser Korrelation muß zunächst eine Datenbasis geschaffen werden. Im Folgenden wird diese für den Metabolitenparameter Sauerstoffkonzentration dargestellt. Zur Ermittlung der Korrelation zwischen der zeitabhängigen Änderung eines Metabolitenparameters, im vorliegenden Fall des SauerstoffVerbrauchs, der Keimzahl und der Temperatur wird wie folgt vorgegangen. Eine mit Keimen belastete Flüssigkeit 80 wird mit Luft gesättigt und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 die Abhängigkeit des SauerstoffVerbrauchs von der Keimzahl (KBE/ml) und der Temperatur bestimmt. Die Versuchszeit beträgt 5 bis 240 Minuten, bevorzugt 10 bis 60 Minuten. Nach jedem Versuch kann bei Bedarf die Lösung über einer Fritte bis zur Sättigung mit Luft begast werden. Der Versuchsanlage werden Proben zu Versuchsbeginn und zu Versuchsende zur mikrobiologischen Keimzahl- bestimmung entnommen, die als Referenz dienen. Die Sauerstoff erbrauche werden jeweils im an die Spezies angepaßten Temperaturbereich, zum Beispiel zwischen 10°C und 40°C gemessen. Einen typischen Verlauf des Sauerstoffgehaltes in mit Mikroorganismen belasteten Flüssigkeiten als Funktion der Zeit gibt die Figur 6 für Pseudomonas spec. wieder. Es handelt sich um eine mit Pseudomonas spec. belastete Kühlschmierstoffemulsion. Dabei wird bei konstant 25°C der 02-Gehalt mit dem in Figur 2 dargestellten Verfahren zeitabhängig gemessen. Es ergibt sich ein gleichmäßiger Abfall der 02-Konzentration durch die Mikroorganismen. Mikrobiologisch wird bei diesem Versuch eine Keimzahl von 3xlOs KBE/ml nachgewiesen. Der Sauerstoffverbrauch beträgt 1,8 mg/lh bei 25°C.The microprocessor 54 of the data processing system 50 processes a program for determining the microorganism concentration, the microorganism concentration being computationally determined from the metabolite parameters transmitted by the data acquisition devices 3, 3 'via the data transfer lines 40 and possibly dependent on the temperature. For this purpose, the program has a correlation that calculates the organism concentration from the time-dependent and possibly temperature-dependent change in a metabolite parameter. To determine this correlation, a database must first be created. This is shown below for the metabolite parameter oxygen concentration. To determine the correlation between the time-dependent change in a metabolite parameter, in the present case the oxygen consumption, the number of bacteria and the temperature, the procedure is as follows. A liquid 80 contaminated with germs is saturated with air and in the device 100 according to the invention the dependence of the oxygen consumption on the germ count (CFU / ml) and the temperature is determined. The test time is 5 to 240 minutes, preferably 10 to 60 minutes. After each attempt, the solution can be gassed with air over a frit until saturated. Samples are taken from the test facility at the start and end of the test for microbiological microbial count determination, which serve as a reference. The oxygen consumption is measured in the temperature range adapted to the species, for example between 10 ° C and 40 ° C. FIG. 6 shows a typical course of the oxygen content in liquids contaminated with microorganisms as a function of time for Pseudomonas spec. again. It is one with Pseudomonas spec. contaminated cooling lubricant emulsion. The 0 2 content is measured at a constant time of 25 ° C. using the method shown in FIG. 2. There is a uniform drop in the 0 2 concentration by the microorganisms. In this experiment, a microbiological count of 3 × 10 s CFU / ml is detected. The oxygen consumption is 1.8 mg / lh at 25 ° C.
Nach den Versuchen mit der Originallösung wird die Versuchsanlage entleert und verschiedene Verdünnungsgrade untersucht . Auch hier werden die Sauer- stoffverbräuche zwischen 10°C und 40°C ermittelt und die Keimzahlen durch mikrobiologisches Auszählen bestimmt. Außerdem wird die Art der Keime durch mikrobiologische Differenzierungsmethoden identifiziert. Aus den so gewonnenen Datensätzen, das heißt Sauerstoffverbrauch pro Zeiteinheit bei gegebener Temperatur, korreliert mit den mikrobiologisch bestimmten Keimzahlen, wird eine Korrelation ermittelt. Diese Korrelation dient als Algorithmus für die Online-Bestimmung der Keimzahlen.After the tests with the original solution, the test system is emptied and various degrees of dilution are examined. Here, too, the acid material consumption between 10 ° C and 40 ° C determined and the bacterial count determined by microbiological counting. In addition, the type of germ is identified using microbiological differentiation methods. A correlation is determined from the data sets obtained in this way, that is to say oxygen consumption per unit of time at a given temperature, correlated with the microbiologically determined number of bacteria. This correlation serves as an algorithm for the online determination of the bacterial count.
Die Nachweisgrenze der Mikroorganismenkonzentration liegt im Falle von Pseudomonas spec. für 20°C bei Keimzahlen von >104 KBE/ml und ab 29°C bei Keimzahlen von >102 KBE/ml. Erfindungsgemäß ist es daher besonders bevorzugt, den Sauerstoffverbrauch in der Flüssigkeit bei erhöhter Temperatur zu messen, um so die Nachweisgrenze zu senken.The detection limit of the microorganism concentration is in the case of Pseudomonas spec. for 20 ° C with a bacterial count of> 10 4 CFU / ml and from 29 ° C with a bacterial count of> 10 2 CFU / ml. According to the invention, it is therefore particularly preferred to measure the oxygen consumption in the liquid at elevated temperature in order to lower the detection limit.
Die Ermittlung der Korrelation kann teilweise selbstlernend ausgestaltet werden, so daß diese vor Ort möglich ist. Dazu werden über einen bestimmten Zeitraum automatisch im an die Spezies angepaßten Temperaturbereich, insbesondere einem Temperaturbereich zwischen 10°C und 40°C, Temperaturvariationen durchgeführt. Parallel werden von der zu analysierenden Lösung Proben entnommen und von diesen im Labor die Keimzahlen (KBE/ml) mikrobiologisch bestimmt. Die bei den jeweiligen Temperaturen erzielten Meßwerte werden dann mit den Laborwerten über einprogrammierte Auswerteroutinen abgeglichen.The determination of the correlation can in some cases be designed to be self-learning, so that this is possible on site. For this purpose, temperature variations are carried out automatically over a certain period of time in the temperature range adapted to the species, in particular a temperature range between 10 ° C. and 40 ° C. At the same time, samples are taken from the solution to be analyzed and the bacterial counts (CFU / ml) are microbiologically determined in the laboratory. The measured values obtained at the respective temperatures are then compared with the laboratory values using programmed evaluation routines.
Die Funktionsweise der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung 100 stellt sich wie folgt dar: Die im Behälter 90 befindliche Mikroorganismen belastete Flüssigkeit 80 wird kontinuierlich und in einer Richtung (Pfeile in Figur 1) durch den Bereich 20 der Leitung 4 mittels der Pumpe 5 gepumpt. Die beiden in Serie geschalteten im Leitungsabschnitt 46 befindlichen Datenerfassungseinrichtungen 3, 3' mit ihren Meßfühlern 30 bestimmen bei einer von der Thermostatisierung 8 vorgegebenen bestimmten Temperatur den Sauerstoffverbrauch während der Zeit, die die Flüssigkeit benötigt, um von der dem Probeentnahmebereich 20 der Leitung 4 zugeordneten Sensor 30 der Datenerfassungseinrichtung 3 zu der dem Proberücklaufbereich 22 der Leitung 4 zugeordneten Sensor 30' der Datenerfassungseinrichtung 3' zu gelangen. Bei kontinuierlicher Messung wird mit der Datenerfassungseinrichtung 3 die Eingangskonzentration und mit der Datenerfassungseinrichtung 3 ' die Ausgangskonzentration des gelösten Sauerstoffs gemessen. Dabei ergibt sich durch die Leistungsabschnittsgeometrie und durch die Strömungsgeschwindigkeit eine feste Verweilzeit der Flüssigkeit. Bei diskontinuierlichen Messung, das heißt periodischer Abschaltung der Pumpe, mißt zunächst die Datenerfassungseinrichtung 3 die 02-Konzentra- tion zu einem gegebenen Zeitpunkt und nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer mißt die Datenerfassungseinrichtung 3 ' die nun aufgrund der Mikroorganismenbelastung reduzierte 02-Konzentration. Der mittels der Datenerfassungseinrichtungen 3, 3' ermittelte zeit- und temperaturabhängige Sauerstoff- verbrauch wird als Meßsignal über die Datentrans- ferleitungen 40 dem Datenverarbeitungssystem 50, insbesondere dem darin enthaltenen Datenverarbei- tungsprogramm zugeleitet. Das Datenverarbeitungs- programm ermittelt mithilfe der in ihm zuvor gespeicherten Korrelation den Wert KBE/ml und zeigt ihn in der Anzeigevorrichtung 56 an.The functioning of the device 100 shown in FIG. 1 is as follows: The liquid 80 contained in the microorganisms 90 is pumped continuously and in one direction (arrows in FIG. 1) through the area 20 of the line 4 by means of the pump 5. The two data acquisition devices 3, 3 'connected in series in the line section 46 with their sensors 30 determine the oxygen consumption during a time specified by the thermostat 8 during the time required for the liquid by the sensor assigned to the sampling area 20 of the line 4 30 of the data acquisition device 3 to reach the sensor 30 'of the data acquisition device 3' assigned to the test return area 22 of the line 4. In the case of continuous measurement, the input concentration is measured with the data acquisition device 3 and the output concentration of the dissolved oxygen with the data acquisition device 3 '. The performance section geometry and the flow velocity result in a fixed residence time of the liquid. In the case of discontinuous measurement, that is to say periodic shutdown of the pump, the data acquisition device 3 first measures the 0 2 concentration at a given point in time and after a certain period of time the data acquisition device 3 'measures the 0 2 concentration, which is now reduced due to the microorganism load. The time and temperature-dependent oxygen consumption determined by means of the data acquisition devices 3, 3 'is transmitted as a measurement signal to the data processing system 50, in particular the data processing system, via the data transfer lines 40. program. The data processing program uses the correlation previously stored in it to determine the value KBE / ml and displays it in the display device 56.
Auf diese Weise ist also eine schnelle, einfache und präzise Online-Bestimmung des Wertes KBE/ml möglich. Erfindungsgemäß ist es dazu lediglich notwendig, eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem definierten Leitungsabschnitt 46, zwei dem Leitungsabschnitt 46 zugeordneten Datenerfassungseinrichtungen und einem Datenverarbeitungssystem in ein die zu bestimmende Flüssigkeit enthaltendes Behältersystem einzukoppeln, beispielsweise über bereits existierende Leitungen oder durch Einbringen des Leitungsabschnitts 46 der Vorrichtung 100 in die Flüssigkeit 80 im Behälter 90 und anschließend einen Flüssigkeitsstrom in dem Leitungsabschnitt zu erzeugen.In this way, a quick, simple and precise online determination of the value CFU / ml is possible. According to the invention, it is only necessary to couple a device according to the invention with a defined line section 46, two data acquisition devices assigned to line section 46 and a data processing system into a container system containing the liquid to be determined, for example via existing lines or by introducing line section 46 of device 100 in to generate the liquid 80 in the container 90 and then a liquid flow in the line section.
Die Figuren 2a und 2b zeigen in vereinfachter sche- matischer Darstellung eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des damit durchgeführten Verfahrens .FIGS. 2a and 2b show, in a simplified schematic representation, a further embodiment of the device according to the invention and of the method carried out with it.
Die Figur 2a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 aus einem Datenverarbeitungssystem 7, einer Datenerfassungseinrichtung 3 mit dem Sensor 30, einem Leitungsabschnitt 46 der nicht dargestellten Leitung 4, in den eine Pumpe 5 integriert ist, sowie einem Ventil 2, welches als 4-Wegeventil ausgeführt ist. Das 4-Wegeventil 2 fungiert hier auch als Kupplung zwischen dem Leitungsabschnitt 46 der Vorrichtung 100 und der Probeentnahmeleitung 1 sowie der Proberückflußleitung 6, also Teilen der Leitung 4 des Behälters . In der Figur 2a ist das 4-Wegeventil 2 so geschaltet, daß über die Probeentnahmeleitung 1 frische Flüssigkeit 80 in den Leitungsabschnitt 46 strömen kann (Regenerations- zyklus) . In der Figur 2b ist das 4-Wegeventil 2 so geschaltet, daß der Leitungsabschnitt 46 ein geschlossenes System darstellt und keine Verbindung über die Probeentnahmeleitung 1 und die Proberückflußleitung 6 zu dem nicht dargestellten Behälter 90 vorliegt (Meßzyklus) . Der Leitungsabschnitt 46 kann als Schlauch, Rohr oder Hohlfaserbündel ausgeführt sein.FIG. 2a shows a device 100 according to the invention comprising a data processing system 7, a data acquisition device 3 with the sensor 30, a line section 46 of the line 4, not shown, into which a pump 5 is integrated, and a valve 2, which is designed as a 4-way valve . The 4-way valve 2 also functions here as a coupling between the line section 46 of the device 100 and the sampling line 1 and the sample return line 6, that is, parts of the line 4 of the container. In FIG. 2a, the 4-way valve 2 is switched so that fresh liquid 80 can flow into the line section 46 via the sampling line 1 (regeneration cycle). In FIG. 2b the 4-way valve 2 is switched in such a way that the line section 46 represents a closed system and there is no connection via the sampling line 1 and the sample return line 6 to the container 90 (not shown) (measuring cycle). The line section 46 can be designed as a hose, tube or hollow fiber bundle.
Die Vorrichtung gemäß Figur 2 funktioniert wie folgt: Frische Flüssigkeit 80 aus dem nicht dargestellten Behälter 90 wird im Regenerationszyklus über die Probeentnahmeleitung 1 und das 4-Wegeventil 2 in den Leitungsabschnitt 46 geführt. Anschließend wird das 4 -Wegeventil 2 so umgeschaltet, beispielsweise durch Signale des Datenverarbeitungssystems 7, daß keine Verbindung des Leitungsabschnitts 46 mit den Probeentnahme- und -rück- flußleitungen 1, 6 besteht, demgemäß der Leitungsabschnitt 46 ein geschlossenes System darstellt und der Meßzyklus erfolgen kann. In diesem System wird eine erste Messung eines Metabolitenparameters mittels des Sensors 30 vorgenommen, der ermittelte Wert über die Datentransferleitung 40 dem Datenverarbeitungssystem 50 zugeleitet und in dem Leitungs- abschnitt 46 die Flüssigkeit 80 mittels der Pumpe 5 für einen gegebenen Zeitraum umgewälzt. Die Umwälzung ist erforderlich, um eine Polarisierung am Sensor 30 der Datenerfassungseinrichtung 3 zu ver- meiden und eine gute Durchmischung der Flüssigkeit 80 zu gewährleisten. Anschließend wird zu einem definierten Zeitpunkt mittels des Sensors 30 ein weiteres Mal der gleiche Metabolitenparameter bestimmt und ebenfalls dem Datenverarbeitungssystem 7 zur Auswertung mittels einer dort gespeicherten Korrelation zugeführt. Nach Abschluß des Meßzyklus und Umschaltung des 4-Wegeventils 2 wird die eingesetzte Flüssigkeit 80 über die Proberückflußleitung 6 dem Behälter 90 zugeführt und frische Flüssigkeit über die Probeentnahmeleitung 1 nachgeführt. In periodischen Abständen wird der Leitungsabschnitt 46 durch Umschalten des 4 -Wegeventils 2 mit frischer Flüssigkeit 80 versorgt. Die Meßzeit wird über die Schaltintervalle des von dem Datenverarbeitungssystem 7 oder einer anderen Einheit gesteuerten 4-Wegeventils 2 bestimmt. Auf diese Weise ist eine zeitabhängige Messung möglich. Die Pumpe 5, der Leitungsabschnitt 46, das 4-Wegeventil 2 und der Sensor 30 können mittels einer Thermostatisierung 8 thermostatisiert werden, um optimale Stoff- wechselbedingungen für die zu bestimmenden Mikroorganismen zu erzeugen. Es ergibt sich ein quasikontinuierliches Online-Meßsystem.The device according to FIG. 2 functions as follows: Fresh liquid 80 from the container 90 (not shown) is fed in the regeneration cycle via the sampling line 1 and the 4-way valve 2 into the line section 46. The 4-way valve 2 is then switched over, for example by signals from the data processing system 7, so that the line section 46 is not connected to the sampling and return lines 1, 6, accordingly the line section 46 is a closed system and the measuring cycle can take place . In this system, a first measurement of a metabolite parameter is carried out by means of the sensor 30, the determined value is fed to the data processing system 50 via the data transfer line 40 and the liquid 80 is circulated in the line section 46 by means of the pump 5 for a given period of time. The circulation is necessary in order to prevent polarization at the sensor 30 of the data acquisition device 3. avoid and ensure thorough mixing of the liquid 80. Subsequently, the same metabolite parameter is determined again at a defined point in time by means of the sensor 30 and likewise fed to the data processing system 7 for evaluation by means of a correlation stored there. After the measurement cycle has been completed and the 4-way valve 2 has been switched over, the liquid 80 used is fed to the container 90 via the sample return line 6 and fresh liquid is fed in via the sampling line 1. Periodically, the line section 46 is supplied with fresh liquid 80 by switching the 4-way valve 2. The measuring time is determined via the switching intervals of the 4-way valve 2 controlled by the data processing system 7 or another unit. A time-dependent measurement is possible in this way. The pump 5, the line section 46, the 4-way valve 2 and the sensor 30 can be thermostatted by means of a thermostat 8 in order to generate optimal metabolic conditions for the microorganisms to be determined. The result is a quasi-continuous online measuring system.
Die Figur 3 stellt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und des damit durchgeführten Verfahrens dar, wobei die Messung jedoch im Unterschied zu dem in Figur 2 dargestellten Verfahren nicht in einer zeitweise geschlossenen Leitung, sondern stattdessen in einem permanent mit der Probeentnahmeleitung 1 und der Proberückflußleitung 6 verbundenen Leitungsabschnitt 46 stattfindet. Dies wird durch eine durch das 4-Wegeventil 2 ermöglichte Strömungsumkehr im Leitungsabschnitt 46 erreicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 weist also ein Datenverarbeitungs- system 7, eine Datentransferleitung 40, eine Datenerfassungseinrichtung 3 mit Sensor 30, einen Leitungsabschnitt 46 und ein 4-Wegeventil 2 auf. Dargestellt ist eine der Probeentnahmeleitung 1 zugeordnete Pumpe 5 sowie eine Thermostatisiereinrich- tung 8. Das 4-Wegeventil 2 stellt auch die Kupplung der Vorrichtung 100 zu den Probeentnahme- und - rück-flußleitungen 1, 6 des nicht dargestellten Behälters 90 dar.FIG. 3 shows a further embodiment of a device according to the invention and the method carried out with it, the measurement, however, in contrast to the method shown in FIG. 2, not in a temporarily closed line, but instead in a permanent line with the sampling line 1 and the sample return line 6 connected line section 46 takes place. This is through one through the 4-way valve 2 enabled flow reversal in line section 46 reached. The device 100 according to the invention thus has a data processing system 7, a data transfer line 40, a data acquisition device 3 with sensor 30, a line section 46 and a 4-way valve 2. Shown is a pump 5 assigned to the sampling line 1 and a thermostatic device 8. The 4-way valve 2 also represents the coupling of the device 100 to the sampling and return lines 1, 6 of the container 90 (not shown).
Die Figuren 3a und 3b stellen die Messung mithilfe eines Leitungsabschnitts 46 dar, wobei eine Datenerfassungseinrichtung 3 mithilfe eines 4 -Wegeventils 2 wahlweise am Eingang 61 (siehe Figur 3a) oder am Ausgang 63 (siehe Figur 3b) des Leitungsabschnitts 46 mißt. Sowohl die Probeentnahmeleitung 1 als auch die Proberückflußleitung 6 sind mit dem nicht dargestellten Behälter 90 verbunden. Der Leitungsabschnitt 46 wird mithilfe der Pumpe 5 permanent mit frischer Flüssigkeit 80 versorgt. Beim durch das Datenverarbeitungssystem 7 gesteuerten Umschalten des 4-Wegeventils 2 kommt es jeweils zu einer Strömungsumkehr in dem Leitungsabschnitt 46. Ist beispielsweise der Leitungsabschnitt 46 für eine Verweilzeit von 10 Minuten ausgelegt, wird beim Umschalten der Datenerfassungseinrichtung 3 vom Eingang 61 auf den Ausgang 63 des Leitungsabschnitts 46 zunächst Probematerial, also Flüssigkeit 80, mit 10-minütiger Verweilzeit passieren. Das nachfolgende Probematerial aus dem Leitungsabschnitt 46 kommt mit steigender Verweilzeit an, wo- bei 10 Minuten nach der Umschaltung 20 Minuten Verweilzeit für die zurücktransportierte Flüssigkeit 80 entstanden sind. Die darauffolgende Flüssigkeit kommt dann wieder mit 10-minütiger Verweilzeit an der Datenerfassungseinrichtung 3 an. Der Flüssigkeitsstrom, die Geometrie des Leitungsabschnitts 46 und des Sensors 30 sind so gewählt, daß eine optimale Überströmung des Sensors 30 gewährleistet ist.FIGS. 3a and 3b illustrate the measurement using a line section 46, a data acquisition device 3 using a 4-way valve 2 optionally measuring at the inlet 61 (see FIG. 3a) or at the outlet 63 (see FIG. 3b) of the line section 46. Both the sampling line 1 and the sample return line 6 are connected to the container 90, not shown. The line section 46 is continuously supplied with fresh liquid 80 by means of the pump 5. When the 4-way valve 2 is controlled by the data processing system 7, there is a flow reversal in the line section 46. If, for example, the line section 46 is designed for a dwell time of 10 minutes, when the data acquisition device 3 is switched from the input 61 to the output 63 of the Line section 46 first pass sample material, i.e. liquid 80, with a 10-minute dwell time. The following sample material from line section 46 arrives with increasing dwell time, where at 10 minutes after the switchover, there was a dwell time of 20 minutes for the liquid 80 transported back. The subsequent liquid then arrives at the data acquisition device 3 with a 10-minute dwell time. The liquid flow, the geometry of the line section 46 and the sensor 30 are selected so that an optimal overflow of the sensor 30 is ensured.
Die Figuren 4a und 4b stellen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 sowie des damit durchgeführten Verfahrens dar, wobei anstelle des 4 -Wegeventils 2 der Figuren 3a und 3b ein 6-Wegeventil 2 eingesetzt wird. Mithilfe des 6-Wegeventils 2 ist es möglich, daß die Datenerfassungseinrichtung 3 mit seinem Sensor 30 wahlweise am Leitungseingang 61 (siehe Figur 4a) oder Leitungsausgang 63 (siehe Figur 4b) den Metabolitenparameter bestimmt. Der Leitungsabschnitt 46 wird mithilfe einer Pumpe 5 permanent mit frischer Flüssigkeit 80 versorgt. Die Probeentnahmeleitung 1 ebenso wie die Proberückflußleitung 6 sind mit dem Behälter 90 verbunden. Durch die Probeentnahmeleitung 1 und die Pumpe 5 gelangt Flüssigkeit 80 in das 6-Wegeventil 2 und anschließend zunächst in den Eingang 61 des Leitungsabschnittes 46. Die Figur 4a zeigt, daß dort eine erste Messung vorgenommen wird. Nach einem bestimmten Zeitintervall wird das durch das Datenverarbeitungssystem 7 gesteuerte 6-Wegeventil 2 umgeschaltet und ein zweites Mal gemessen (siehe Figur 4b) . Mittels der durch das Datenverarbeitungssystem 7 gesteuerten Umschalttechnik unter Verwendung eines 6-Wegeventils 2 kann eine Strömungsumkehr in dem Leitungsabschnitt 46 vermieden werden. Die am Ausgang 63 dem Leitungsabschnitt 46 ankommende Flüssigkeit 80 hat jeweils die gleiche Verweilzeit. Der Flüssigkeitsstrom und die Geometrie der Leitung und des Sensors 30 der Datenerfassungseinrichtung 3 werden so gewählt, daß eine optimale Überströmung des Sensors 30 gewährleistet ist. Durch Abschalten der Pumpe 5 oder anderen Methoden - wie einer Ventilschließung - kann eine Verweilzeit der Flüssigkeit 80 erreicht werden.FIGS. 4a and 4b represent a further embodiment of a device 100 according to the invention and of the method carried out with it, a 6-way valve 2 being used instead of the 4-way valve 2 of FIGS. 3a and 3b. With the help of the 6-way valve 2 it is possible that the data acquisition device 3 with its sensor 30 optionally determines the metabolite parameter at the line inlet 61 (see FIG. 4a) or line outlet 63 (see FIG. 4b). The line section 46 is permanently supplied with fresh liquid 80 by means of a pump 5. The sampling line 1 as well as the sample return line 6 are connected to the container 90. Liquid 80 reaches the 6-way valve 2 through the sampling line 1 and the pump 5 and then initially into the inlet 61 of the line section 46. FIG. 4a shows that a first measurement is carried out there. After a certain time interval, the 6-way valve 2 controlled by the data processing system 7 is switched over and measured a second time (see FIG. 4b). By means of the switching technology controlled by the data processing system 7 using a 6-way valve 2, a flow reversal in the line section 46 be avoided. The liquid 80 arriving at the outlet 63 of the line section 46 has the same dwell time in each case. The liquid flow and the geometry of the line and the sensor 30 of the data acquisition device 3 are selected so that an optimal overflow of the sensor 30 is ensured. By switching off the pump 5 or other methods - such as valve closure - a dwell time of the liquid 80 can be achieved.
Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 und des damit durchgeführten Verfahrens, wobei eine kontinuierliche Eingangs- und Ausgangsmessung aufgrund von zwei Datenerfassungseinrichtungen 3, 3' möglich ist. Eine Datenerfassungseinrichtung 3 mit ihrem Sensor befindet sich am Eingang 61 des Leitungsabschnitts 46, also dem der Probeentnahmeleitung 1 zugewandten Bereich des Leitungsabschnitts 46, während die andere Datenerfassungseinrichtung 3 ' mit ihrem Sensor im Ausgangsbereich 63 des Leitungsabschnitts 46 angeordnet ist, also dem der Proberückflußleitung 6 zugewandten Bereich des Leitungsabschnitts 46. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 weist in dieser Ausführungsform also einen Leitungsabschnitt 46, zwei Datenerfassungseinrichtungen 3, 3' sowie ein Datenverarbeitungssystem 7 auf, wobei ein Ventil nicht vorgesehen ist. Die Flüssigkeit strömt, angetrieben durch die Pumpe 5, aus der Probeentnahmeleitung 1 in den Leitungsabschnitt 46, wird an dessen Eingangsbereich 61 hinsichtlich des Metabolitenparameters bestimmt, anschließend fließt die Flüssigkeit kontinuierlich weiter zum Ausgangs- bereich 63 des Leitungsabschnitts 46, an dem eine weitere in Reihe geschaltete Datenerfassungseinrichtung 3' eine weitere Bestimmung des Metabolitenparameters vornimmt. Der beschriebene Flüssigkeitsstrom durch den Leitungsabschnitt 46 wird an den beiden Datenerfassungseinrichtungen 3 und 3 ' kontinuierlich und simultan einer Bestimmung der Metabolitenparameter unterzogen, so daß dem Datenverarbeitungssystem 7 kontinuierlich die durch die Verweilzeit der Flüssigkeit in dem Leitungsabschnitt erzeugten Differenzen der Metabolitenparameter zugeführt werden. Anschließend kann die Flüssigkeit über die Proberückflußleitung 6 wieder dem Behälter 90 zugeführt werden. Die Verweilzeit ist durch die Strömungsrohrgeometrie und die mit der Pumpe 5 einstellbaren Strömungsgeschwindigkeit variierbar. Die ermittelten Meßwerte werden über die Datentransferleitung 40 dem Datenverarbeitungssystem 7 zugeleitet und dort rechnerisch mittels des gespeicherten Programms zur Bestimmung der Mikroorganismenkonzentration ausgewertet sowie in einer Anzeigevorrichtung als KBE/ml angezeigt. FIG. 5 shows a further embodiment of the device 100 according to the invention and the method carried out with it, a continuous input and output measurement being possible on the basis of two data acquisition devices 3, 3 '. A data acquisition device 3 with its sensor is located at the input 61 of the line section 46, i.e. the area of the line section 46 facing the sampling line 1, while the other data acquisition device 3 'is arranged with its sensor in the output area 63 of the line section 46, i.e. that facing the sample return line 6 Area of the line section 46. In this embodiment, the device 100 according to the invention thus has a line section 46, two data acquisition devices 3, 3 ′ and a data processing system 7, a valve not being provided. The liquid flows, driven by the pump 5, from the sampling line 1 into the line section 46, is determined at its input area 61 with regard to the metabolite parameter, after which the liquid continues to flow to the output Area 63 of line section 46, on which a further data acquisition device 3 'connected in series makes a further determination of the metabolite parameter. The described liquid flow through the line section 46 is continuously and simultaneously subjected to a determination of the metabolite parameters at the two data acquisition devices 3 and 3 ', so that the differences in the metabolite parameters generated by the residence time of the liquid in the line section are continuously fed to the data processing system 7. The liquid can then be returned to the container 90 via the sample return line 6. The dwell time can be varied by the flow tube geometry and the flow speed that can be set with the pump 5. The measured values ascertained are fed to the data processing system 7 via the data transfer line 40, where they are evaluated arithmetically by means of the stored program for determining the microorganism concentration and displayed in a display device as CFU / ml.

Claims

Ansprύche Claims
1. Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der Konzentration von Organismen in einem in einem Leitungsabschnitt befindlichen Fluid, wobei in dem mit dem Fluid gefüllten Leitungsabschnitt die zeitabhängige Änderung mindestens eines Metabolitenparameters mittels mindestens einer Datenerfassungseinrichtung gemessen wird.1. A method for the continuous determination of the concentration of organisms in a fluid located in a line section, the time-dependent change of at least one metabolite parameter being measured in the line section filled with the fluid by means of at least one data acquisition device.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Leitungsabschnitt einem Behälter zugeordnet ist .2. The method according to claim 1, wherein the line section is assigned to a container.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die gemessenen Daten einem Datenverarbeitungssystem zugeführt sowie ausgewertet werden.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the measured data are fed to a data processing system and evaluated.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Organismen Mikroorganismen sind.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the organisms are microorganisms.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Organismen einzellig oder mehrzellig, einzeln und/oder kolonienbildend auftreten.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the organisms occur unicellular or multicellular, individually and / or colonies.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Organismen E.coli, Pseudomonas spec, Lactobacillus spec, Bacillus spec, Leuco- nostoc spec . , Clostridium spec . , Saccharomyces spec, Sarcina spec, Candida spec, Streptococcus, Staphylococcus, Enterobacteriaceae, Enterococcen, aerobe Sporenbildner, Pseudomonas aeruginosa, Ba- cillus subtilis, Micrococcus, Methanobacterium, Me- thanococcus und Desulfotomaculum sind.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the organisms E. coli, Pseudomonas spec, Lactobacillus spec, Bacillus spec, Leuco- nostoc spec. , Clostridium spec. , Saccharomyces spec, Sarcina spec, Candida spec, Streptococcus, Staphylococcus, Enterobacteriaceae, Enterococcen, aerobic spore-forming agents, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, Micrococcus, Methanobacterium, Methanococcus and Desulfotomaculum.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Metabolit ein durch den Organismus veränderter Stoff ist, insbesondere ein Stoff ech- seledukt oder StoffWechselprodukt .7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the metabolite is a substance modified by the organism, in particular a substance that is lukewarm or a metabolic product.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Metabolit eine chemische Verbindung oder ein chemisches Element ist, insbesondere Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserstoff, Sulfid, Methan, ein Gärprodukt, wie Ethanol, Butanol, Aceton, Pro- panol, Lactat, Acetat, Formiat, Butyrat, Sauerstoff, Carbonat, Nitrit, Nitrat, Schwefelwasserstoff, Ammonium oder Ammoniak.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the metabolite is a chemical compound or a chemical element, in particular carbon dioxide, nitrogen, hydrogen, sulfide, methane, a fermentation product such as ethanol, butanol, acetone, propanol, lactate, acetate, Formate, butyrate, oxygen, carbonate, nitrite, nitrate, hydrogen sulfide, ammonium or ammonia.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messung der zeitabhängigen Änderung des Metabolitenparameters als Messung der Änderung der Konzentration des Metaboliten, des pH-Wertes des Fluids, der Leitfähigkeit des Fluids und/oder des Redoxpotentials des Fluids erfolgt.9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the measurement of the time-dependent change in the metabolite parameter is carried out as a measurement of the change in the concentration of the metabolite, the pH of the fluid, the conductivity of the fluid and / or the redox potential of the fluid.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zeitabhängige Änderung des Metabolitenparameters mit mindestens einer Datenerfassungs- einrichtung direkt und/oder indirekt gemessen wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the time-dependent change in the metabolite parameter is measured directly and / or indirectly with at least one data acquisition device.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messung temperaturabhängig erfolgt.11. The method according to any one of the preceding claims, wherein the measurement is temperature-dependent.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messung unter Konstanthaltung der Temperatur, vorzugsweise im Bereich von 10°C bis 40°C, erfolgt.12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the measurement is carried out while keeping the temperature constant, preferably in the range from 10 ° C to 40 ° C.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitung, vorzugsweise periodisch, von dem Behälter abgekoppelt wird.13. The method according to any one of the preceding claims, wherein the line, preferably periodically, is decoupled from the container.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitung permanent von Fluid durchströmt wird.14. The method according to any one of the preceding claims, wherein the line is permanently flowed through by fluid.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid in der entkoppelten Leitung umgewälzt wird.15. The method according to any one of the preceding claims, wherein the fluid is circulated in the decoupled line.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strδmungsrichtung des Fluids in der Leitung periodisch umgekehrt wird.16. The method according to any one of the preceding claims, wherein the flow direction of the fluid in the line is periodically reversed.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messung quasi-kontinuierlich mittels mindestens eines Ventils und mindestens einer Datenerfassungseinrichtung durchgeführt wird.17. The method according to any one of the preceding claims, wherein the measurement is carried out quasi-continuously by means of at least one valve and at least one data acquisition device.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messung kontinuierlich mittels mindestens zweier Datenerfassungseinrichtungen durchgeführt wird. 18. The method according to any one of the preceding claims, wherein the measurement is carried out continuously by means of at least two data acquisition devices.
19. Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von Organismen in einem Fluid, wobei die Vorrichtung einen Leitungsabschnitt (46) , ein Datenverarbeitungssystem (7,50) mit einem Programm zur Ermittlung der Organismenkonzentration und mindestens eine zumindest teilweise in oder an dem Leitungsabschnitt (46) angeordnete Datenerfassungseinrichtung (3) und ihren Sensor (30) umfaßt.19. Device for determining the concentration of organisms in a fluid, the device comprising a line section (46), a data processing system (7, 50) with a program for determining the organism concentration and at least one arranged at least partially in or on the line section (46) Data acquisition device (3) and its sensor (30) comprises.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Programm zur Ermittlung der Organismenkonzentration einen Algorithmus zur Bestimmung der Organismenkonzentration in Abhängigkeit einer zeitabhängigen Änderung mindestens eines Metabolitenparameters umfaßt.20. The apparatus of claim 19, wherein the program for determining the organism concentration comprises an algorithm for determining the organism concentration as a function of a time-dependent change in at least one metabolite parameter.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Algorithmus die Bestimmung der Organismenkonzentration in Abhängigkeit von der Zeit und der Temperatur erlaubt .21. The apparatus of claim 19 or 20, wherein the algorithm allows the determination of the organism concentration as a function of time and temperature.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der Leitungsabschnitt (46) mindestens ein Ventil (2) aufweist.22. Device according to one of claims 19 to 21, wherein the line section (46) has at least one valve (2).
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die Datenerfassungseinrichtung (3) mit ihrem Sensor (30) eine Sauerstoff-Datenerfassungseinrichtung (3) mit ihrem Sensor (30) umfaßt.23. Device according to one of claims 19 to 22, wherein the data acquisition device (3) with its sensor (30) comprises an oxygen data acquisition device (3) with its sensor (30).
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei der Leitungsabschnitt (46) als Schlauch oder Hohlfaserbündel, vorzugsweise mit 10 bis 10.000 Fasern pro Bündel, ausgeführt ist. 24. Device according to one of claims 19 to 23, wherein the line section (46) is designed as a tube or hollow fiber bundle, preferably with 10 to 10,000 fibers per bundle.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, wobei dem Leitungsabschnitt (46) mindestens eine Pumpe (5) zugeordnet ist.25. Device according to one of claims 19 to 24, wherein the line section (46) is assigned at least one pump (5).
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei das Datenverarbeitungssystem (7,50) eine Anzeigevorrichtung (56) aufweist.26. Device according to one of claims 19 to 25, wherein the data processing system (7, 50) has a display device (56).
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei das Datenverarbeitungssystem (7,50) einen Mikroprozessor (54) aufweist. 27. The device according to one of claims 19 to 26, wherein the data processing system (7, 50) has a microprocessor (54).
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