201112. lajstromszámú szabadalom • Mérőberendezés mikroorganizmusok által folyékony közegben történő oxigénfelhasználás sebességének mérésére
5 HU 201112 B 6 A 2. ábrán látható, oxigén parciális nyomását meghatározó jeladókat képező közös szerkezeti egység az 1. ábrán bemutatott kiviteli alakjától abban különbözik, hogy az 5 tokon belül a két 11, 12 katód között rugalmas elem, előnyösen húzás hatására működő 21 hengerrugó van beépítve, amely a 11 és 12 katóddal mechanikusan össze van kötve és a 11, 12 katódokra olyan irányú erőt fejt ki, amely a 11, 12 katódokat a féligáteresztő 6, 7 membránokhoz nyomja. A 21 hengerrugó homlokvégén a 11 katóddal mereven összekapcsolt 23 bélyeg 22 üregében van elrendezve. Ezzel összefüggésben egy további 24 bélyeg egyik homlokvégén a 12 katóddal van mereven összekapcsolva és másik homlokvégén a 23 bélyeg 22 üregének belső falfelületével - azon való elcsúszást lehetővé tévőén - kölcsönhatásban van, valamint a 21 hengerrugóra nyomást fejt ki, aminek hatáséra a 21 hengerrugó a 6, 7 membránokra merőleges 25 tengely mentén rugalmasan deformált állapotban van. A 3. ébrén a 11, 12 katódoknak a 23, 24 bélyegek és rugalmas elem segítségével történő összekapcsolására egy további kiviteli példa látható, ahol a rugalmas elem rugalmas anyagból, pl. gumiból való 26 lemez, amely a 23 bélyeg 22 üregében van elrendezve és peremei a 23 bélyeg falában vannak beépítve. Ebben az esetben a 24 bélyeg homlokfelületén a 26 lemezzel kölcsönhatásban lévő 27 nyúlvánnyal van ellátva, amelynek közreműködésével a 26 lemez a 25 tengely mentén rugalmassági tartományán belül deformálódhat. A találmány szerint kialakított, mikroorganizmusok által folyékony közegben történő oxigénfelhasználás sebességének mérésére szolgáló mérőberendezés következőképpen működik: A mikroorganizmusokat tartalmazó kultúraközeget a 3 szivattyú segítségével előre beállított Q átfolyási sebességgel a fermentorból az 1 étfolyó kamrán átszivattyúzzuk. Az átszivattyúzés állandó alapsebességét a 4 alapérték-beállítóval állítjuk be. A kultúraközegnek az 1 átfolyó kamrán való átáramlása során a mikroorganizmusok a kultúrakőzegben oldott oxigént abszorbeálják (elnyelik), aminek következtében a közegben az oxigén parciális nyomása csökken. Ennek eredményeképpen a kultúraközegben oldott oxigén parciális nyomásának az 1 átfolyó kamra A bemenetén és B kimenetén mérhető értékei között különbség keletkezik. Az oxigén parciális nyomása ezen különbségének értéke - az átszivattyúzás állandó alapértéken tartott Q átfolyási sebesség esetén - a mikroorganizmusok által történő oxigénfelhasználás sebességével arányos. Az 1 átfolyó kamra A bemenetén uralkodó parciális oxigénnyomást a 11 katódból és a 13 anódból álló elektródpár segítségével mérjük. A kultúraközegben oldott oxigén átdiffundál a féligáteresztő 6 membránon, így a 11 katód és a 6 membrán közötti vékony d elektrolitrétegbe jut, ahol a negatív potenciálú 11 katód felületén az oxigén elektromos úton történő teljes mértékű redukálása megy végbe. Ezen negatív potenciál oly módon kerül a 11 katódra, hogy a 11 katódot a 13 anóddal 18 ellenálláson keresztül a 14, 15 áramelvezető vezetékek segítségével összekapcsoljuk. Ennek során a 11 katód potenciálja a 13 anód potenciáljával kiegyenlítődik. A 13 anód anyagát oly módon választjuk meg, hogy ezáltal a 13 anódon és a 11 kátédon az oxigén redukálásának potenciáljával egyező feszültség keletkezzék. Erre a célra pl. ólom, ill. kadmium hasznosítható, azaz viszonylag nagy negatív potenciállal jellemezhető fémek. Amennyiben a 13 anódhoz pl. AgCl-réteggel bevont ezüsthuzalt alkalmazunk, ebben az esetben a 11 katód negativ potenciálját külső feszültségforrással biztosítjuk, amely külső feszültségforrás (az ábrán nem szerepel) a 11 katód és a 13 anód közé van kapcsolva. Ily módon tehát a 11 katódból, a 13 anódból és az elektrolitból álló elektródcellában lezajló elektrokémiai reakciók következtében telített diffúziós áram keletkezik, amely az oxigénnek a féligáteresztő 6 membránon való diffúziós sebességével és az 1 átfolyó kamra A bemenetén mérhető, a kultúraközegben oldott oxigén parciális nyomáséval arányos. A vonatkozó diffúziós áramnak a 18 ellenálláson való átfolyásával a 18 ellenálláson feszültségesés jön létre. Ezen feszültségesés nagysága szintén arányos az oxigénnek az 1 átfolyó kamra A bemenetén mérhető parciális nyomásával. Hasonlóképpen mérjük az oxigén parciális nyomását az 1 átfolyó kamra B kimenetén, a 12 katódból és a 13 anódból álló elektródpár segítségével, ahol a 19 ellenálláson kialakuló feszültségesés az oxigénnek az 1 átfolyó kamra B kimenetén mérhető parciális nyomásával arányos. Ily módon tehát a 18, 19 ellenállásokon fellépő feszültségesések különbsége arányos a kultúraközegben oldott oxigénnek az 1 átfolyó kamra A bemenetén és B kimenetén uralkodó parciális nyomása közötti különbséggel. Ezen különbséget a 17 kiértékelő egységgel határozzuk meg, amelynek kimeneti jele a számító 20 egységbe kerül, amelyben a mikroorganizmusok által történő oxigénfelhasználás sebességét a következő összefüggés alapján határozzuk meg: ro2 = K • Q • U/V, ahol ro2 a mikroorganizmusok által történő oxigénfelhasználás sebessége, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
