C/E + O 2 + N + egyéb tt. komponens

C/E + OC/E + O22 + N + + N + egyéb tt. komponens egyéb tt. komponens

XX + + PPii + CO + CO22 + + HŐ HŐ offline kémiai elemzés kolorimetria* refraktív index viszkozitás kromatográfia: HPLC, gázkromatográfia: EtOH,MeOH… indirekt mérések

DO és DCO2

gázelemzésMSKLa

indirekt: O2-fogyasztásbólhőmérlegkalorimetria

offline kémiai elemzéskolorimetria*NH4

+- és NH3-elektródpH-sztát: NH3-fogyásNO3

- elektródNH2-N (antibiotikumok)

kémiai elemzés,pH, viszkozitáskromatográfiaMS, MS-GCkatás alapján: Biológiai titrálás, agardiffúzió

K+, Mg2+, PO43-

offline kémiai elemzés

kolorimetria*

ionszelektív elektródok

*Online is: pl. FIA

Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás

BIM22002

FIZIKAI KÉMIAI BIOLÓGIAI FIZIKAI KÉMIAI BIOLÓGIAI

változókváltozók

FolytonosFolytonos reaktor reaktor

MérésekMérések változók változók

DiszkrétDiszkrét

KörnyezetiKörnyezeti

LEHET LEHET ON LINEON LINE vagy vagy OFF LINEOFF LINE


BIM22002

PRIMÉR MÉRT VÁLTOZÓKPRIMÉR MÉRT VÁLTOZÓK

mindkettőmindkettő

lehet szabályozókörlehet szabályozókör

inputjainputja

INDIREKT SZÁMOLT VÁLTOZÓKINDIREKT SZÁMOLT VÁLTOZÓK

((gateway sensorsgateway sensors))


BIM22002

Legáltalánosabban mért fizikai változók:Legáltalánosabban mért fizikai változók:

*Hőmérséklet ***Hőmérséklet **

nyomás **nyomás **

*áramlási sebesség (folyadékok, gázok)***áramlási sebesség (folyadékok, gázok)**

térfogat és/vagy tömeg térfogat és/vagy tömeg

keverősebesség ** keverősebesség **

teljesítmény felvételteljesítmény felvétel

habszint**habszint**

viszkozitásviszkozitás

turbiditásturbiditás

Legáltalánosabban mért kémiai változók:Legáltalánosabban mért kémiai változók:

pH **pH **

ElektródpotenciálElektródpotenciál

Si……PjSi……Pj

DO , *DO , *

DCODCO22

sejtkoncentráció sejtkoncentráció

Mérések és szabályozás minimális szintje **

Néha több helyütt a bioreaktorban*

Mérések minimum szintje *


BIM22002

INDIREKT SZÁMOLT VÁLTOZÓKINDIREKT SZÁMOLT VÁLTOZÓK

pH és lúgadagolás savképződési sebesség

gázáramlási sebességhőmérséklet, nyomás

O2 és CO2 az elmenő gázban

CukorszintCukoradagolási sebesség HOZAM

Teljesítményfelvétel + keverősebesség látszólagos viszkozitás

OUROUR

RQRQ

CERCER


BIM22002

SEJTNÖVEKEDÉS MÉRÉSI MÓDSZEREKSEJTNÖVEKEDÉS MÉRÉSI MÓDSZEREK

Direkt módszerekDirekt módszerek

szárazanyagszárazanyag

nefelometrianefelometria

turbidimetriaturbidimetria****

impedometriaimpedometria

elekronikus részecskeelekronikus részecske

számlálásszámlálás

optikai mikroszkópiaoptikai mikroszkópia

élősejtszámélősejtszám

ultrahang** (acousticultrahang** (acoustic

resonance densitometry)resonance densitometry)

Indirekt v. Származtatott módszerekbiolumineszcencia****kemilumineszcencia****radiometriasejtkomponens analízisMS****NMRIR, NIR****anyagmérleg

(massbalancing) sztöhio....

Legtöbb off line néhány on line ** isLegtöbb off line néhány on line ** is

Destruktív módszerekDestruktív módszerekNINCS ÁLTALÁNOSAN ALKALMAZHATÓ NINCS ÁLTALÁNOSAN ALKALMAZHATÓ


BIM22002

Szárazanyag meghatározás

Sejtelválasztás után (szűrés membránon) szárítás 105 Sejtelválasztás után (szűrés membránon) szárítás 105 ooC-onC-on

Csak tükrös tápoldatnál!!!Csak tükrös tápoldatnál!!!

Optikai denzitás meghatározásOptikai denzitás meghatározás

TURBIDIMETRIATURBIDIMETRIA

NEFELOMETRIANEFELOMETRIA CLI

Iln

0

Lambert-Beer tv.Lambert-Beer tv.

Sejtszuszpenzió sűrűségSejtszuszpenzió sűrűségfényúthosszfényúthossz

550-600 nm550-600 nm

NIR 1000 nmNIR 1000 nmCsak tükrös tápoldatnál!!!, csak egysejtűeknélCsak tükrös tápoldatnál!!!, csak egysejtűeknél

DE.......DE.......

vákuum~

Kapilláris

1-50 μm

ellenállás

méretfüggő

NaCl

Sejt útja a kapillárisbanelektródák


BIM22002

SEJTSZÁM MEGHATÁROZÁSSEJTSZÁM MEGHATÁROZÁS Mikroszkóp: Buerker-kamraMikroszkóp: Buerker-kamra

Élősejtszám:........Élősejtszám:........Elekronikus sejtszámlálás

vákuum~

NaCl

Kapilláris

1-50 μm

ellenállás

méretfüggő

1000 nm1000 nm

nefelometriás turbidimetriásküvetta

ablak


BIM22002


BIM22002

citofluoriméter


BIM22002

GÁZANYAGCSERE MÉRÉSE

Mit kell mérni? Levegő áramlási sebesség

hőmérséklet

gázösszetétel

IR CO2

hövezetőképesség

Paramágneses O2

Tömegspektrométer CO2, O2,.....

Drága,de....

levegőfűtőspirál

hőmérő hőmérő

elektromos

teljesítmény-

mérő

Mass-flow meter


BIM22002

T2 q2T1

p1

q1

p2

xxxxxx

211

11 ORT

qp

O2 be CO2 be

211

11 CORT

qp

21211

11 COO1RT

qpN2 be

O2 ki CO2 ki

222

22 ORT

qp22

2

22 CORT

qp

22222

22 COO1RT

qpN2 ki

=


BIM22002

21211

11 COO1RT

qp 2222

2

22 COO1RT

qp=

22221

212111

1

22 COO1p

COO1qp

RT

RTq

OUR

222222

212121

1

11 OCOO1

COO1O

RT

qpOUR

21222222

2121

1

11 COCOCOO1

COO1

RT

qpCER

222222

212121

21222222

2121

OCOO1COO1

O

COCOCOO1COO1

OUR

CERRQ

Abluft Analyse einer Batch Fermentation

CO2

RQ

O2

0

1

2

3

4

10 15 20 25 30 35 40 45

RQ

un

d %

CO

2 in

de

r A

blu

ft

10

12

14

16

18

20

Zeit [hr]

22

%O

2 in

de

r A

blu

ft


BIM22002

OXIGÉNÁTADÁSSAL kapcsolatos mérési módszerek

1. Statikus módszer: szulfitoxidációs módszer

2. Dinamikus módszer: Kla dinamikus meghatározása

(3.Gyakorlaton alkalmazott módszer: kombináció)(3.Gyakorlaton alkalmazott módszer: kombináció)


BIM22002

1. Statikus módszer: szulfitoxidációs módszer1. Statikus módszer: szulfitoxidációs módszer

Na2SO3 + ½ O2 Na2SO4

Cu 2+ ,Co 2+

•0-ad rendű rekció az SO32- -ra nézve (0,1-1 Na2SO3 )

ha van katalizátor: 10-3 – 10-4 mol/l

•Gyakorlatilag irreverzibilis

•Gyakorlatilag pillanatszerű

C = 0

*aCKr L *aCKC*CaKdt

dCLL

rekciósebesség

Na2SO3

idő

tgα=rmg O2/l.min

mmol O2/l.minOTR!!, de:enhancement factor...

OTRszulfitmérés > OTRfermentáció

C

t

C*

Levegő indul

N2

*C

C1ln

t

KLa

2.Kilevegőztetéses módszer- gassing-out


BIM22002

3. Dinamikus módszer: Kla dinamikus meghatározása

1 2 3 min

10 20 óra

egyensúlyi C

100% 100%

C* C*

C

t

Lev.leállítás

Lev. újraindul

xQdt

dC dC

dtK a C CL *

Linearizálás:


BIM22002*

L

CxQdt

dC

aK

1C

aK

1tg

L

xQ )xQdt

dC(

C*

C

Mi kell hozzá? Folytonos O2 mérés


Anód henger:Ag

membránPE,PTFE10 -100μm

Pt katód

Clark-elektród (Pt/Ag(KCl))

Katódfolyamat:O2 +2H2 O+2e- H2O2 + 2OH-

H2O2 +2e- 2OH -

anódfolyamat:4Ag + 4Cl

-4AgCl + 4e-

Katódfolyamat:

anódfolyamat:

Mackereth, Johnson - Borkowski elektródAu/Pb (AcOH+Pb(OAc)2)

1/2O2 + H2 O+2e- 2OH -

Pb Pb2+ + 2e-

1/2O2 + Pb+ H2O Pb(OH)2

-

amp

erom

etri

ásga

lvan

iku

s

elektrolit

üvegbot

DO-mérés: C kicsi, dc/dt nagy mintavétel,off line mérés lehetetlen

a.: tubing módszer

b: elektrokémiai detektorok

Ag/Ag+

membrán

ELEKTROLIT

Katód

FOLYADÉKFILM FŐTÖMEG

123 1

1,2,3:DIFFÚZIÓS HATÁRRÉTEGEK


BIM22002

I

mV600 800

O2

levegő

N2

Polarográfiás görbe

Depozit( AgCl, bázikus PbOAc az anód felületen, időnként megújítandó

I= kDS.pO2 / X = nFA S/X pO2

Diff.a membránban

Oldhatóság a membránban

membránvastagság

katódfelület

Faraday áll.

O2 par. nyomás

NEM O2 KONCENTRÁCIÓT MÉR!


BIM22002

IDŐKÉSÉS!

mEL

K

FOLYADÉKFILM

Írjuk le elsőrendű időállandóval (egytárolós tag)

xQC*CaK dt

dC

dt

Cd

dt

CdT

C.ACdt

CdT

L2

2

Itt A=1

Deriváljuk!

Linearizálás: *2

2

L

CxQdt

Cd

dt

CdT

aK

1C

dt

CdTC


BIM22002

aK

1tg

L

xQ

C*

*2

2

L

CxQdt

Cd

dt

CdT

aK

1C

dt

CdTC

xQ

dt

Cd

dt

CdT

2

2

Cdt

CdT


BIM22002

Ha nincs mikroba jelen: analitikus megoldás:

t.aKexp

aLT1

T1

t.T

1exp

aKT1

aK1CC L

LL

L*

Szimmetrikus!


BIM22002

(3.Gyakorlaton alkalmazott módszer: kombináció)(3.Gyakorlaton alkalmazott módszer: kombináció)Egységugrás: Na2SO3

T

0,631

t

t

elektród rendszerL

dtC-dtCaK

1

100%

l.: CHEM\O:\otkatas\konyvek\bim\lab......

\

Egységugrás: Na2SO3

T

0,63

1t

t

elektród rendszer

dtCdtC1

aKL

100%

1

Normált diagram

Kísérlet diagramja

Enzimlektród

a.) FESZÜLTSÉGa.) FESZÜLTSÉG b) platina katódb) platina katódc) ezüst anód c) ezüst anód d) Telített KCl oldatd) Telített KCl oldat

e.) biokatalizátor rögzített enzim e.) biokatalizátor rögzített enzim f) acetát membrán (oxigénre áteresztő)f) acetát membrán (oxigénre áteresztő)g) analyte g) analyte h) polycarbonate membrán (permeábilis oxigénre, szubsztrátra termékre)h) polycarbonate membrán (permeábilis oxigénre, szubsztrátra termékre) i) az elektródok között folyó árami) az elektródok között folyó áram

BIM SB2001

i

Enzimlektród 2ELEKTRÓDFOLYAMAT

PÉLDA

MEDIÁTOR

Enzimlektród 3

POTENCIOOMETRIÁS

a) Biocatalyst - converts the analyte into product. b) Transducer - detects the occurrence of the reaction and converts it into an electrical signal.c) Amplifier - amplifies the usually tiny signal to a useable level. d) Microprocessor - signal is digitised and stored for further processing, e.g. integration, derivatisation, etc. e) Display - usually need a real-time display of the analyte concentration.

BIOSZENZOR

BIM SB2001


BIM22002

C/E + O 2 + N + egyéb tt. komponens

Documents

Transcript of C/E + O 2 + N + egyéb tt. komponens