Handhabung, Anwendung
ZHAW Biotechnologie
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Cartes-fiches
Wie kann Signal eines Sensors an ein Prozessleitsystem weitergegeben werden? Worauf ist zu achten?
Sensor -> Messkabel -> Armatur -> Messgerät(Transmitter) -> Wartungssystem -> Prozesssystem
Welche Anforderungen muss ein inline-Sensor für Anwendungen in der Biotechnologie erfüllen? Welche sind besonders Kritisch?
Armaturen sind ein kritischer Punkt, mit deren Hilfe werden Sensoren in Prozess eingeführt. Armaturen gibt es in stationärer Form oder als Wechselarmatur. Bei den Wechselarmaturen können Sensoren bei laufendem Betrieb ausgetauscht werden. Problematik: Kontaminationen
Also:
- Wartungsarmer Sensor
- Stabiles Messsignal
- Armaturen dürfen nichts in den Prozess abgeben ( Rost, Farbe etc.)
- Dürfen Messsignal von Sensor nicht beeinflussen
Was sind Vor- und Nachteile von Leitfähigkeitssensoren?
Vorteile:
Man erhält Informationen über den totalen Gehalt an ALLER Ionen in der Lösung
Nachteil:
Leitfähigkeitsmessung ist NICHT spezifisch
Kann nicht eingesetzt werden für Messlösungen ohne Salze wie z.B. Reinstwasser
In welchen Anwendungen werden Leitfähigkeitssensoren eingesetzt in der Biotechnologie?
- Bestimmung von TOC
- Überwachung und Steuerung der CIP Reinigung und Spülprozesse
- Kontrolle der Enthärtung von Speisewasser
Welche Parameter müssen bei Messung mit Biosensoren besonders stabil gehalten werden?
- Hohe Spezifität gegenüber Analyten
- Hohe Stabilität im Einsatz und während Lagerung
- Unabhängigkeit der Reaktion von physikalischen Parametern wie pH oder Temperatur
- Hohe Reversibilität
Welche Störeinflüsse gibt es bei der CO2-Messung?
die eingesetzte Membran ist für viele Gase durchlässig
Problem: keine Selektivität also alle sauren und basischen Gase führen zu Interferenzen!
Gelöste Gase stören nicht, da nicht durchlässig durch Membran!
Wie kann ein CO2 Sensor kalibriert werden?
- 1 Punkt Kalibration mit wasserdampfgesättigten Kalibrationsgasen
- 2 Punkt Kalibration mit pH- Pufferlösungen
Welches sind die wichtigsten Unterschiede zwischen optischen und amperometrischen Sensoren bezüglich Handhabung und Wartung?
Gegenüber der konventionellen Sauerstoffmessung mit amperometrischen Sensoren weisen die optischen Sensoren einige Vorteile auf:
- Handhabung der Sensoren ist einfacher
- Keine Polarisation ist notwendig -> Sensor ist sofort einsatzbereit
- Bei optischen Messung wird kein Sauerstoff verbraucht -> weniger abhängig von Fliessgeschwindigkeit vom messmedium
- Ansprechzeit optischer Sauerstoffsensoren ist kürzer
- Optische Sauerstoffsensoren weniger empfindlich gegenüber Interferenzen!
Wie und wann sollen welche Bestandteile von Sauerstoffelektrode ausgetauscht und gewartet werden?
Bei längerer Lagerdauer von z.B. über 6 Monate:
Elektrolyt erneuern
Schutzkappe aufsetzen
Innenkörper trocknen
Was muss bei der Erstinbetriebnahme einer Sauerstoffelektrode beachtet werden?
- Elektrolyt auffüllen
- Elektrolyt auf Luftblasen überprüfen
- Überwurf-Hülse und Membranmodul aufsetzen und festschrauben
- Polarisieren d.h. O2 in Elektrolyt vollständig reduzieren
Welches sind geeignete Kalibrationsverfahren bei hohem bzw. tiefem Sauerstoffgehalt?
In aeroben Systemen wird Kalibration bei hohen Sauerstoffkonzentrationen mit luftgesättigtem Wasser durchgeführt. 1 Punkt Kalibration reicht aus.
In anaeroben Systemen führt man Kalibration beim Nullpunkt in CO2-gesättigtem Wasser durch. Evt. 2 Punkt Kalibration.
Wie wird Sauerstoffelektrode kalibriert?
Damit der Sauerstoff an der Platin-Kathode reduziert werden kann, wird Polarisationsspannung an Kathode von -675mV angelegt. Wenn Gerade durch Nullpunkt geht, reicht eine 1. Punkt Kalibration
Wie wird eine pH-Elektrode kalibriert? Worauf ist dabei zu achten?
Die pH-Werte der Kalibrationslösungen müssen den erwartenden pH-Wert einschliessen
Wenn also bei Messlösung pH-Wert von 8 erwartet wird, sollte mit Standards von pH 7 und pH 9 kalibriert werden.
1. Elektrode in Kalibrierlösung mit pH-7 eintauchen ( = Nullpunkt ermitteln)
2. Elektrode in Kalibrierlösung mit pH-9 eintauchen ( = Steigung wird ermittelt)
3. Prüfen der Kalibration indem man die Kalibrierlösung nochmals misst
Wodurch wird Alterung der Glasmembran verursacht, welche Folgen haben diese Alterung und wie kann Glasmembran regeneriert werden?
Alterung macht sich bemerkbar durch:
Abnahme der Steilheit
Verschiebung des Nullpunktes
Langsame Einstellzeiten
Regenerierung: ausgiebige Wässerung oder mit Flusssäure alte Schicht wegätzen und während 24h wässern
Was senkt die Lebenserwartung der pH-Elektrode?
Hohe Temperaturen
Starke Säuren und Laugen
Häufiges Autoklavieren
Welche Probleme können bei pH-Messung entstehen und wie können sie diese vermeiden?
Probleme mit Diaphragma
Ein grosser Teil aller Messfehler bei pH-Elektroden sind auf Verschmutzungen des Diaphragmas zurückzuführen.
Probleme mit dem Diaphragma lassen sich durch richtiges Vorgehen und die Wahl einer geeigneten Elektrode oft vermeiden. Ansonsten kann man noch:
- Ausfluss des Elektrolyten gewährleisten
- Brückenelektrolyt verwenden
Probleme mit Glasmembran
Anwendungen bei hohen Temperaturen und/oder in aggressiven Medien können die Quellschicht der Glasmembran irreversibel schädigen.
Die Glasmembran lässt sich oft durch eine Wässerung regeneriegen. In harten Fällen kann man die Quellschicht mit Flusssäure wegätzen und anschliessend über 24h gwässert.
Wie sollte man pH-Elektrode aufbewahren, wenn sie nicht gebraucht wird?
- Nicht eintrocknen lassen, d.h. in Schutzkappe lagern mit salzhaltiger, eher saurer Lösung
- Vor Licht geschützt lagern
- Senkrecht stellen
- Nachfüllöffnung schliessen
Was ist ein Hinweis, dass pH-Elektrode nicht mehr brauchbar ist und gewartet werden sollte?
Falls Elektrode ungewohnt lange braucht, bis neuer Messwert stabil ist
Welche Temperatureinflüsse müssen bei der pH-Messung beachtet werden, welche Konsequenzen ergeben sich daraus?
Folgende temperaturabhängige Faktoren wirken auf pH-Messung:
- Temperaturabhängigkeit der Steilheit
- Temperaturverhalten des Messmediums
- Lage des Isothermenschnittpunktes
Konsequenzen:
- Mit eingeschalteter Temperaturkompensation arbeiten (heutzutage wird es automatisch kompensiert)
- Bei Messung von Proben mit unterschiedlichen Temperaturen muss thermisches Gleichgewicht abgewartet werden
- Bei gleicher Temperatur kalibrieren bei der später gemessen wird
- Vergleich von pH-Werten ohne gleichzeitige Angabe von Temperaturen ist NICHT sinnvoll!
