SU1415083A1

SU1415083A1 - Continuous-flow microcalorimeter

Info

Publication number: SU1415083A1
Application number: SU853970391A
Authority: SU
Inventors: Александр Андреевич Тарасиков
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт биологического приборостроения
Priority date: 1985-10-29
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1988-08-07

Abstract

Изобретение относитс к области калориметрических измерений теплопродукции микроорганизмов при их объемном культивировании в ферментере на жидких питательных средйх и может быть использовано в медицинской, микробиологической област х промышленности дл непрерывного контрол роста и развити микроорганизмов. Цель . изобретени - повышение точности из- , мерени . Из теплообменника 7 культуральна суспензи и контрольна жидкость поступают соответственно в из- мерительную кювету 12 и эталонную кювету 13. При этом на электрических вьшодах основного датчика 17 возникает сигнал термоЭДС, пропорциональный передаваемому теплу и концентрации живых клеток. Контрольна жидкость, проход по каналу 14 эталонной кюветы 13, обеспечивает стабильность экспериментального нул микрокалориметра за счет компенсационного сигнала дополнительного датчика 18. При росте концентрации микроорганизмов в ферментере в измерительной кювете 12 увеличиваетс передача тепла в тепловой радиатор 4. Тепловой поток от теплового радиатора 4 к эталонной кювете 13 образует на электрических выводах дополнительного датчика 18 сигнал термоЭДС,пропорциональный этому потоку. Этот сигнал суммируетс с сигналом основного Датчика 17.- 1 ил.. а (ЛThis invention relates to the field of calorimetric measurements of the heat production of microorganisms during their volumetric cultivation in a fermenter on liquid nutrient mediums and can be used in the medical, microbiological fields of industry for continuous control of growth and development of microorganisms. Purpose . invention - improving the accuracy of measurement, measurement. From the heat exchanger 7, the culture suspension and the control liquid flow, respectively, into the measuring cell 12 and the reference cell 13. In this case, a thermal EMF signal proportional to the transferred heat and the concentration of living cells occurs on the electrical terminals of the main sensor 17. The control fluid, passage through channel 14 of the reference cuvette 13, ensures the stability of the experimental zero microcalorimeter due to the compensation signal of the additional sensor 18. With an increase in the concentration of microorganisms in the fermenter in the measuring cuvette 12, heat transfer to the heat radiator 4 increases. Heat flow from the heat radiator 4 to the reference one The cuvette 13 forms on the electrical terminals of the additional sensor 18 a thermoelectric signal proportional to this flow. This signal is summed with the signal from the main Sensor 17.- 1 or .. a (L

Description

О1O1

схsc

СА9SA9

Изобретение относитс к области калориметрических измерений тепло- продук даи микроорганизмов при их объемном культивировании в ферментере , на жидких питательных средах и может быть использовано в медицинской., мик- робиологической и других област х промьппленности, дл непрерывного контрол роста и развити микроорга- to низмов,The invention relates to the field of calorimetric measurements of heat products of microorganisms during their volumetric cultivation in a fermenter, on liquid nutrient media, and can be used in medical, microbiological and other industrial areas to continuously control the growth and development of microorganisms,

Цель изобретени - повьшение точ- кости измерени .The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy.

На чертеже показана конструкци проточного микрокалориметра, вид спе- 15 реди, разрез.The drawing shows the flow microcalorimeter design, front view, section.

Микрокалориметр содержит корпус 1 Цилиндрической формы из теплоизол ционного материала с крышками 2 и теп- лостатирующим экраном 3, расположен- 20 ным на внешней поверхности корпуса и крышек 2. Внутри корпуса 1 размещен тепловой радиатор 4, выполненный в виде двух дисков 5 из высокотеплопроводного материала, скрепленных 25 винтами 6. Внутрь теплового радиатора 4 помещен теплообменник 7 в виДе диска из высокотеплопроводного материала с двухсторонним лабиринтным каналом 8, входными 9 и выходными 10 ЗО штуцерами. Между теплообменником 7 и тепловым радиатором 4 установлены уплотнительные прокладки 11, обеспе- швающие герметизацию каналов 8, Между измерительной 12 и эталонной (ком- пенсационной) 13 кюветами, выполненными в виде дисков из высокотеплопроводного материала с лабиринтными каналами 14, и входными 15 и выхо дными 16 штуцерами размещены контактирую- Q щие каждый с соответствующей кюветой основной 17 и дополнительный 18 датчики теплового потока, а также тепловой радиатор 4, имеющий тепловой контакт с датчиками 17 и 18, электричес-45 ки соединенными между собой последовательно . ,The microcalorimeter contains a housing 1 of a cylindrical shape made of insulating material with lids 2 and a heat-shielding screen 3 located 20 on the outer surface of the housing and lids 2. Inside the housing 1 there is a heat radiator 4 made in the form of two disks 5 made of highly conductive material fastened with 25 screws 6. Inside the heat radiator 4 a heat exchanger 7 is placed in a disk of high-heat conductive material with a double-sided labyrinth channel 8, inlet 9 and outlet 10 of the SO fittings. Sealing gaskets 11 are installed between the heat exchanger 7 and the heat radiator 4, providing sealing of the channels 8, Between the measuring 12 and reference (compensatory) 13 cuvettes, made in the form of discs of highly heat-conducting material with the labyrinth channels 14, and the input 15 and output 16 nozzles are placed in contact with each Q with a corresponding cuvette of the main 17 and an additional 18 heat flow sensors, as well as a thermal radiator 4, which has thermal contact with the sensors 17 and 18, 45 electrical connected meters a row sequentially. ,

Между крьшками 2 и.кюветами 12 и 13 установлены уплотнительные прокладки 19, обеспечивающие герметизацию каналов 14. Выходные штуцера 10 соединены с входными штуцерами 15 патрубками 20 из эластичного материала . Прокладки 21 и 22 и гайки 23 обеспечивают герметизацию корпуса фа рокалориметра в случае работы в погрулсном режиме. Винты 24 креп т крышки 2 к корпусу 1.Between the caps 2 and cuvettes 12 and 13 there are installed sealing gaskets 19, which provide sealing of the channels 14. The outlet nozzles 10 are connected to the inlet nozzles 15 by nozzles 20 of elastic material. Gaskets 21 and 22 and nuts 23 provide sealing of the housing of the f-calorimeter in the case of operation in the immersion mode. The screws 24 secure the covers 2 to the housing 1.

Микрокалориметр работает следующим образом.Microcalorimeter works as follows.

Через входные штуцера 9 в теплообменник 7 поступают культурапьна суспензи из ферментера и контрольна (нейтральна ) жидкость, например дистиллированна вода, из сборника, расположенного в ферментере. Проход по каналу 8, жидкости выравнивают свои температуры за счет теплообмена через тонкую стенку с точностью, ограниченной термическим сопротивлением стенки. Из теплообменника 7 культу- ральиа суспензи и контрольна жидкость по выходным штуцерам 10, соединительным патрубкам 20 и входным штуцерам 15 поступают соответственно в измерительную 12 и эталонную 13 кюве Tbii Проход по каналу 14 измерительной кюветы 12, культуральна суспензи нагреваетс за счет теплопродукции живых клеток. Выдел емое тепло передаетс через основной датчик 17 теплового потока в тепловой радиатор 4, в котором оно рассеиваетс . При этом на электрических выводах основного-датчика 17 возникает сигнал термоЭДС, пропорциональный передаваемому теплу и концентрации живых клеток. Контрольна жидкость в это врем проходит по каналу 14 эталонной кюветы 13 дл обеспечени стабильности экспериментального нул микрокалориметра при воздействии на него нестационарного теплового пол окружающей среды за счет компенсационного сигнала, снимаемого с дополнительного датчика 18.Through the inlet nozzles 9, the culture exchanger 7 receives culture from a fermenter and control (neutral) liquid, such as distilled water, from a collector located in the fermenter. Passing through channel 8, liquids level their temperatures by heat exchange through a thin wall with an accuracy limited by the thermal resistance of the wall. From the heat exchanger 7, the culture suspension and control fluid through the outlet nipples 10, the connecting pipes 20 and the inlet nipples 15 enter the measuring 12 and the reference 13 cuvee Tbii, respectively, through the channel 14 of the measuring cell 12, the culture suspension is heated by the heat production of living cells. The heat released is transferred through the main heat flow sensor 17 to the heat radiator 4, in which it is dissipated. At the same time, on the electrical outputs of the main sensor 17, a thermoEMF signal occurs, which is proportional to the heat transferred and the concentration of living cells. The control fluid at this time passes through the channel 14 of the reference cuvette 13 to ensure the stability of the experimental zero microcalorimeter when it is exposed to a non-stationary thermal field of the environment due to the compensation signal removed from the additional sensor 18.

Б ходе процесса роста концентрации микроорганизмов в ферментере и,. соответственно, роста выдел емого тепла в измерительной кювете 12 увеличиваетс передача тепла в тепловой радиатор 4, что приводит к увеличению его температуры. По этой причине измер емый тепловой поток уменьшаетс , как если бы на него стал действовать противоположно направленный тепловой поток, вызванный повьш1екием ; температуры теплового радиатора. Однако одновременно с этим фактором . возникает и тепловой поток, направленный от теплового радиатора 4 к эталонной кювете 13, а на электрических выводах дополнительного датчика 18 теплового потока по вл етс сигнал термоЭДС, пропорциональный этому потоку. Снимаемьй сигнал суммируетс B during the growth process, the concentration of microorganisms in the fermenter and. accordingly, the growth of heat released in the measuring cell 12 increases the heat transfer to the heat radiator 4, which leads to an increase in its temperature. For this reason, the measured heat flux decreases, as if an oppositely directed heat flux caused by the discharge act on it; temperature of the heat radiator. However, at the same time with this factor. a heat flow arises from the heat radiator 4 to the reference cuvette 13, and a thermoelectric signal proportional to this flow appears on the electrical leads of the additional heat flow sensor 18. The capture signal is summed.

С сигналом с основног-о датчика 17 и следовательно, компенсирует его уменьшение . Через выходные штуцера 16 культуральна суспензи и контрольна жидкость возвращаютс в ферментер и сборник.With a signal from the primary sensor 17 and therefore compensates for its reduction. Through the outlet nozzles 16, the culture suspension and the control liquid are returned to the fermenter and collector.

Конструкци микрокалориметра предусматривает его использование в погружном виде дл ферментеров объемом более 20 л. Дл ферментеров меньшего объема микрокалориметр может быть использован в состыкованном с корпусом ферментера состо нии, Ф о р мула изобретени The design of the microcalorimeter provides for its use in submersible form for fermenters with a volume of more than 20 liters. For smaller-volume fermenters, a microcalorimeter can be used in a state docked with the body of the fermenter, according to the invention.

Проточный микрокалориметр, содержа- щий установленные в корпусе из теплоA flow-through microcalorimeter containing heat

изол ционпого материа-па теплообменник и соедине ные с ним измерительную и эталонную кюветы, между которы- Mt размещен датчик теплового потока, контактирующий с измерительной кюветой , отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени , в него введены дополнительный датчик теплового потока, контактирующий с эталонной кюветой, и тепловой радиатор из высокотеплопроводного материала , размещенньп между KmBeTSNm в тепловом контакте с основным и дополнительным датчиками теплового потока , электрически соединенными между собой последовательно.an insulating material heat exchanger and connected to it a measuring and reference cell, between which Mt is placed a heat flow sensor in contact with the measuring cell, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, an additional heat flow sensor is introduced into it that contacts with a reference cuvette, and a heat radiator made of a highly heat-conducting material, located between KmBeTSNm in thermal contact with the main and additional heat flux sensors, which are electrically interconnected quently.

22

2222

Claims

F rula invention ι

A flow-through microcalorimeter comprising a heat exchanger installed in a housing made of heat-insulating material and connected to it a measuring and reference cell, between which a heat flux sensor in contact with the measuring cell is located, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurement, an additional sensor is introduced into it the heat flux in contact with the reference cell, and a heat radiator made of highly heat-conducting material, placed between the cells in thermal contact with the main and additional Occupancy heat flux electrically interconnected in series.