Устройство для автоматического контроля концентрации ионов бикарбоната и общей карбонатной концентрации в процессе культивирования микроорганизмов Советский патент 1988 года по МПК C12M1/36 

со

00 СО

4

Изобретение относится :к микробиологической промьшшенности и может найти примепение при контроле и регули- ,|ровании процессов культивирования микроорганизмов.

Цель изобретения - повышение точ- Iности измерения бикарбонагной и общей Iкарбонатной концентрации.

Общая карбонатная концентрация (С) в ферментационной жидкости равна сумме концентраций растворенного углекислого газа (COi) и ионов бикарбоната (НСОр , т.е.

(О- (СО,) + (НСО).

Суть изобретения состоит в том, что для измерения общей карбонатной концентрации в ферментационной жидкости в жидкость погружается датчик

рСОл и в лока-пьной области вблизи

мембраны датчика создается ,3, При этом значении рН более 99% ионов бикарбоната переходят в свободную кислоту, концентрация которой измеряется датчиком рСО, т.е. выходной I сигнал датчика пропорционален общей карбонатной концентрации. Для определения в ферментационной жидкости иона бикарбоната датчиком рСО измеряется значение (СО) в жидкости без перевода ионов бикарбоната в углекислый газ, а концентрация ионов бикарбоната вычисляется по приведенной формуле с учетом ранее измеренного значения (С).

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - фрагмент газочувствительного электрода, изображенного на фиг.1..

Датчик 1 устройства выполнен на основе газочувствительного электрода Северингхауса и помещается в ферментационную среду. Каналы 2 служат для периодической замены электролита, по зиция 3 - газопроницаемая мембрана датчика 1, изготовленная-из полимерного материала. На мебрану 3 методом вакуумного напыления г одной стороны наносят токопроводящ:и й слой 4 золота минимальной плотности.- Катод 5 смонтирован на прикрепленном к корпусу датчика 1 держателе .6 параллельно мембране 3 на расстоянии достаточном для свободного обмена ферментацион- ной жидкости.

Слой 4 на мембране 3 и катод 5 электрически соединены соответственно с положительным и отрицательным

0

5

0

5

5

0

5 Q g

полюсами источника 7 постоянного тока через выключатель 8. Датчик 1 подсоединен к высокоомному преобразователю 9, к выходу которого подключены последовательно соединенные коммутатор 10, запоминающий блок 11 и вычис- лительньй блок 12. Выходы программного блока 13 соединены с входами выключателя 8, коммутатора 10 и вычислительного блока 12.

Устройство работает циклически в Двух режимах (А и Б).

В режиме А включают источник 7 постоянного тока. Силу тока источника 7 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 СО, концентрация которой измеряется датчиком 1. Измеренньш сигнал, пропорциональный общей карбонатной концентрации, преобразуется преобразователем У и через коммутатор 10 и запоминающий блок 11 поступает в вычислительный блок 12 (сигнал ot,) .

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 вы- числительньй блок 12, где вычитается из измеренного ранее значения общей карбонатной концентрации. Вычисленная величина равна концентрации ионов бикарбоната (сигнал (S ) .

Программньй 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 предлагаеммм и известным устройствами в ферментационной жидкости в ферментере -вместимостью П,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 4%, что в 5 раз ниже.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает непрерывньп точяый контроль бикарбон,атной и общей карбонатной концентраций непосредственно в ферментационной среде, что позволяет создать оптимальные условия биосинтеза за счет поддержания указанного параметра на заданном уровне.

Формула изобретения

..

Устройство для автоматического контроля концентрации ионов бикарбоната и общей карбонатной концентрации 25

10

15

0

5

в процессе культивирования микроорганизмов, содержащее газочувствительный электрод pCOj с рН-метрической индикацией и газопроницаемой мембраной, соединенный с высокоомным преобразователем, отличающееся 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, распо поженный вне электрода и соеди- ненньы 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.

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

Карбонатная коцентрация, измеренная устройством,

мМ

предлагаемым

известным

24

48

72

96

20

44

68

2,68 3,81 4,72 3,42 3,82 2,93 18,80

3,04 3,18 5,24 2,75 4,52 3,59 23,15

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

известного предлагаемого

2,59 3,71 4,60 3,53 3,75 3,04 9,20

17,4 15,6 18,3 18,9 23,5 18,1 20,6

3,08 2,70 2,61 3,12 1,87 3,62 1,56

иъ.1

Фиг. 2