Устройство для автоматического контроля концентрации ионов бикарбоната и общей карбонатной концентрации в процессе культивирования микроорганизмов

 

Изобретение относится к микробиологической промьгашенности и направлено на повышение точности измерения бикарбонатной и общей карбонатной концентрации в ферментационной среде в процессе культивирования . микроорганизмов. Датчик электрода выполнен на основе газочувствительного электрода Северингхауса и помещен в ферментационную среду. Для измерения общей карбонатной концентрации в локальном объеме вблизи газопроницаемой мембраны датчика путем электролиза создают ,3. В этих условиях 99% ионов бикарбоната переходят в свободную углекислоту и выходной сигнал датчика будет пропорционален общей карбонатной концентрации . Лпя определения концентрации ионов бикарбоната электролиз прекращают и измеряют датчиком концентрацию свободной углекислоты в ферментационной жидкости. Эту величину вычитают из измеренного ранее значения общей карбонатной концентрации и получают таким образом значение концентрации ионов бикарбоната. 2 ил., 1 табл. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

° СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„143397 g4 С 12 M 1/36.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 4204826/31-13 (22) 05.03.07. (46) 30.10.88. Бюл. 11 40 (71) Московский институт химического машиностроения (72) П.П.Макеев, В.В.Бирюков и С.Б.Ицыгин (53) 663.1(088.8) (56), Journal of Applied Physiology, 1958, ч. 13, р. 515-520. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ИОНОВ БИКАРБОНАТА И ОБЦ ЕГ1 КАРБОНАТНОИ КОНЦЕНТРАЦИИ В ПРОЦЕССЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к микробиологической промышленности и направлено на повышение точности измерения бикарбонатной.и общей карбонатной концентрации в ферментационной среде в процессе культивирования микроорганизмов. Датчик электрода выполнен на основе газочувствительного электрода Северингхауса и помещен в ферментационную среду. Для измерения общей карбонатной концентрации в локальном объеме вблизи газопроницаемой мембраны датчика путем электролиза создают рН 4,3. В этих условиях 99Х. ионов бикарбоната переходят в свободную углекислоту и вы" ходной сигнал датчика будет пропорционален общей карбонатной концентрации. Для определения концентрации ионов бикарбоната электролиз прекращают и измеряют датчиком концентрацию свободной углекислоты в ферментационной жидкости. Эту величину вычитают из измеренного ранее значения общей карбонатной концентрации и получают таким образом значение концентрации ионов бнкарбоната. 2 ил., 1 табл.

1433974

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может най,ти применение при контроле и регули,.ровании процессов культивирования 5 микроорганизмов °

Цель изобретения — повьпиение точ,ности измерения бикарбонатной и общей карбонатной концентрации.

Общая карбонатная концентрация (С) 10 в ферментационной жидкости равна сумме концентраций растворенного углекислого газа (СО ) и ионов бикарбоната (HC0 +), т. е. (C)- = (СО,) + (НСО,) .

Суть изобретения состоит в том, что для измерения общей карбонатной концентрации в ферментационной жидкости в жидкость погружается датчик рСО и в локальной области вблизи 2О мембраны датчика создается рН » 4,3.

При этом значении рН более 99% ионов бикарбоната переходят в свободную кислоту, концентрация которой изме,ряется датчиком рСО, т.е. выходной

,сигнал датчика пропорционален общей карбонатной концентрации. Для определения в ферментационной жидкости иона бикарбоната датчиком рС0 измеряется значение (СО ) в жидкости без перевода ионов бикарбаната в углекислый газ, а концентрация ионов бикарбоната вычисляется по приведенной формуле с учетом ранее измеренного значения (С) . 35

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — фрагмент газочувстви,,тельного электрода, изображенного на фиг.1. 40

Датчик 1 устройства выполнен на основе газочувствительногэ электрода

Северингхауса и помещается в ферментационную среду. Каналы 2 служат для периодической замены электролита, по- gg зиция 3 — газопроницаемая мембрана датчика 1, изготовленная "из полимерного материала. На мебрану 3 методом вакуумного напыления = одной стороны наносят токопроводящий слой 4 золота минимальной плотно"ти. Катод 5 смонтирован на прикрепленном к корпусу датчика 1 держателе 6 параллельно мембране 3 на расстоянии достаточном для свободного обмена ферментацион- 55 ной жидкости.

Слой 4 на мембране 3 и катод 5 электрически соединены соответственно с положительным и отрицательным полюсами источника 7 постоянного то" ка через выключатель 8. Датчик 1 подсоединен к высокоомному преобразователю 9, к выходу которого подключены последовательно соединенные коммутатор 10, запоминающий блок 11 и вычислительный блок 12. Выходы программного блока 13 соединены с входами выключателя 8, коммутатора 10 и вычислительного блока 12.

Устройство работает циклически в двух режимах (A и Б).

В режиме. А включают источник 7 постоянного тока. Силу тока источника ? устанавливают на уровне 1-2 мА.

У поверхности газопроницаемой мембраны 3 в результате электролиза образуется избыток водородных ионов, вызывающий уменьшение рН ферментационной жидкости в области вблизи газочувствительной мембраны. В этой области ионы бикарбоната НСО> переходят в свободную углекислоту Cc0, концентрация которой измеряется датчиком 1. Измеренный сигнал, пропорционапьный общей карбонатной концентра-! ции, преобразуется преобразователем 9 и через коммутатор 10 и запоминающий блок 11 поступает в вычислительный блок 12 (сигнал е4).

В режиме Б источник постоянного тока отключается, концентрация свободной углекислоты у мембраны датчика становится равной концентрации своводной углекислоты в ферментационной среде. Измеренный сигнал через преобразователь 9, коммутатор 10 и запоминающий блок 11 поступает в вычислительный блок 12, где вычитается из измеренного ранее значения общей карбонатной концентрации. Вычисленная величина равна концентрации ионов бикарбоната (сигнал P ) .

Программный блок 13 обеспечивает заданный режим переключений и синхронизацию процедуры вычитания с учетом динамических характеристик газочувствительного электрода.

Градуировку системы автоматического контроля проводят путем погружения датчика в водные растворы, содержащие бикарбонат натрия, концентрация которого определяется также методом количественного анализа.

В таблице приведены сравнительные результаты измерений предлагаемым и известным уст ройствами ь ферментационной жидкости в ферментере вместиf433974

Карбонатная концентрация, определенная методом количественного анализа, мМ тная коцентрация, ная устройством, мМ аемым известным

3,08

2,68

3,04

2,59

17,4

3,18

3,71

15,6

2,70

3,81

4,60

5,24

4,72

18,3

2,61

3,!2

3,53

18,9

2,75

3,42

1,87

3,75

4,52

3,82

23,5.120

144

3,04

3,62

3,59

18,1

2,93

18, 80

168

1,56

19,20

20,6

23, 15 мостью ",25 м, где проводят выращивание продуцента стрептомицина на ,комплексной среде °

Как видно из таблицы, предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет получить относительную погрешность определения карбонатной концентрации не более 4Х, что в 5 раз ниже. 10

Использование предлагаемого устройства обеспечивает непрерывный точный контроль бикарбонатной и общей карбонатной концентраций непосредственно 15 в ферментационной среде, что позволяет создать оптимальные условия биосинтеза за счет поддержания указанно-!

ro параметра на заданном уровне...20

Формула изобретения

Устройство для автоматического контроля концентрации ионов бикарбоната и общей карбонатной концентрации 25 в процессе культивирования микроорганизмов, содержащее газочувствительный электрод рСО с рН-метрической индикацией и газопроницаемой мембраной, соединенный с высокоомным преобразователем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно содержит источник постоянного тока с выключателем, коммутатор выходного сигнала электрода и последовательно соединенные с ним запоминающий и вычислительный блоки, программный блок управления и катод, распопоженный вне электрода и соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного тока, при этом внешняя сторона газопроницаемой мембраны — токопроводящая и соединена с положительным полюсом источника постоянного тока, а программный блок управления соединен с выключателем, коммутатором и вычислительным блоком, причем вход коммутатора связан с выходом высокоомного преобразователя.

Погрешность измерения, вычисленная по отношению к концентрации, определенной методом количественного анализа, для устройства известного предлагаемого!

433974

f0

Фие. 2

Составитель Н.Алкеев

Редактор И.Петрова Техред М.Ходанич Корректор 0-Кравцова

Заказ 5517/28 Тираж 520 Подписное

ВЕИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4