Für Bioprozesse bietet die Online-Gasanalytik wertvolle Ergänzungen zu den Prozessparametern in der Flüssigphase, die sich mit relativ einfachen physikalischen und physikochemischen Sensoren ermitteln lassen. Diese zusätzlichen Informationen über die genaue Zusammensetzung der Gasphase ermöglichen mit Hilfe von verschiedenen Rechen- und Systemmodellen einen tieferen Einblick in den biologischen Zustand und die Dynamik der Wachstums- und Lebensbedingungen der Mikroorganismen-Population.
Für die Wissenschaftler, Ingenieure und das Bedienpersonal von Bioreaktoren im Technikum und in der Produktion bietet die massenspektrometrische Gasanalytik direkt und online an der Anlage darüber hinaus auch eine Vielzahl von diagnostischen Informationsmöglichkeiten. Hierzu zählen die gezielte Steuerung der Bioprozesse, die Verbesserung der Produktivität, die Optimierung und Entwicklung neuer Verfahren und die Beurteilung von Fehlchargen.Die hohe Genauigkeit der massenspektrometrischen Gasanalytik ermöglicht zum Beispiel eine sehr gute Bilanzierung und Beurteilung der Stoffwechselvorgänge von Fermentatoren durch eine genaue Berechnung von Parametern, wie zum Beispiel Sauerstoffaufnahme, Kohlendioxidabgabe und RQ-Wert (respiratorischer Quotient). Bestimmt das Bedienpersonal diese Werte kontinuierlich während des gesamten Fermentationsprozesses, bilden sie ein gutes Entscheidungskriterium für die Überwachung und Steuerung des Prozesses. Die Anforderungen an die Prozessdaten, die zur Steuerung von Bioprozessen verwendet werden, steigen heute besonders bei Verfahren, bei denen stabile und gleichbleibende Substrateigenschaften nicht gewährleistet sind. Das trifft auf eine Vielzahl neuentwickelter Prozesse zur Energie- und Rohstofferzeugung auf biotechnologischem Wege zu. Ein weiteres Beispiel dafür sind auch biotechnologische Verfahren um Abwässer zu reinigen oder Stoffkreisläufe für eine nachhaltige Produktion zu schließen.
In wenigen Sekunden zum Ergebnis
Hier bietet die massenspektrometrische Online-Analytik ein hohes Potential, die benötigten Daten effektiv zu liefern, da diese Methode vielseitig einsetzbar und als Multikomponenten-Analysensystem sehr variabel konfigurierbar ist. Das Verfahren eignet sich für nahezu alle ionisierbaren gasförmigen Stoffe und besitzt eine Messbereichsdynamik von ppb bis 100 Prozent. Die Online-Analyse läuft im Millisekunden bis Sekundenbereich ab und erzielt eine hohe Selektivität auf Basis der molekularen Atom-, Molekül- und Fragmentmassen.
Die vielfältigen Möglichkeiten dieser Technik erfordern aber von Herstellern und Anwendern eine sehr enge Zusammenarbeit bei der applikationsspezifischen Entwicklung der Messmethoden und -verfahren. Die InProcess Instruments GmbH als Hersteller setzt deshalb bei der Entwicklung und Produktion ihrer Analysensysteme auf eine enge Verknüpfung mit Anwendern, Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Zurzeit arbeitet das Unternehmen gemeinsam mit dem UFT, Zentrum für Umweltforschung und Umwelttechnologie der Universität Bremen, an der Entwicklung neuer Messverfahren bei der Überwachung von Bioreaktoren. Prozess-Massenspektrometer sind zuverlässige und bedienerfreundliche Analysensysteme für den industriellen Einsatz in nahezu allen Wirtschaftszweigen. Auch in der biotechnologischen und der pharmazeutischen Produktion eignet sich diese Analysentechnik: bei Fermentatoren und Bioreaktoren, für die Abluftüberwachung und die Kontrolle und Steuerung von Downstream-Prozessen, wie zum Beispiel Trocknung und Verpackung unter Schutzgasatmosphäre.
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