Upload
norman-owens
View
41
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
offline kémiai elemzés kolorimetria* NH 4 + - és NH 3 -elektród pH-sztát: NH 3 -fogyás NO 3 - elektród NH 2 -N (antibiotikumok). *Online is: pl. FIA. DO és DCO 2 gázelemzés MS K L a. indirekt: O 2 -fogyasztásból hőmérleg kalorimetria. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
BIM22002
PRIMÉR MÉRT VÁLTOZÓKPRIMÉR MÉRT VÁLTOZÓK
mindkettőmindkettő
lehet szabályozókörlehet szabályozókör
inputjainputja
INDIREKT SZÁMOLT VÁLTOZÓKINDIREKT SZÁMOLT VÁLTOZÓK
((gateway sensorsgateway sensors))
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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 *
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
BIM22002
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
BIM22002
citofluoriméter
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
=
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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)
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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:
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
BIM22002*
L
CxQdt
dC
aK
1C
aK
1tg
L
xQ )xQdt
dC(
C*
C
Mi kell hozzá? Folytonos O2 mérés
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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!
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
BIM22002
Ha nincs mikroba jelen: analitikus megoldás:
t.aKexp
aLT1
T1
t.T
1exp
aKT1
aK1CC L
LL
L*
Szimmetrikus!
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
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
Fermentációs folyamatok nyomonkövetése: mérés, szabályozás
BIM22002