Sensoren für gelösten Sauerstoff , CO2 und Ozon

Was ist gelöster Sauerstoff (O₂)?

Gelöster Sauerstoff ist der Anteil von freiem, nicht gebundenem Sauerstoff in Wasser oder einer Flüssigkeit.

Warum misst man den gelösten Sauerstoff?

Der korrekte Gehalt an Sauerstoff ist eine entscheidende und kritische Größe in vielen Prozessen der Biotechnologie, pharmazeutischen Entwicklung, Lebensmittel- und Getränkeproduktion, Chemikalienherstellung sowie bei der Wasser- und primären Wasseraufbereitung. Inline-Messungen zur Überwachung von gelöstem Sauerstoff sind entscheidend für die Optimierung der Produktausbeute, die Qualität, Kosteneinsparungen und die Gewährleistung der Verfahrenssicherheit.

Was ist ein Messgerät für gelösten Sauerstoff?

Ein METTLER TOLEDO Messgerät für gelösten Sauerstoff bestimmt kontinuierlich und in Echtzeit die gelöste Sauerstoffkonzentration im Wasser oder einer anderen Flüssigkeit. Je nach Art der Anwendung und Branche wird die gelöste Sauerstoffkonzentration in relativen Zahlen, wie die Sättigung in Prozent, Volumenprozent, Prozent gelösten Sauerstoffs, ppm oder in absoluten Zahlen, wie z. B. mg/L oder mmol/L angegeben. Sensoren für gelösten O₂ mit hochmoderner optischer Technologie vereinen niedrigen Wartungsaufwand mit höchster Messpräzision bis in den Spurenbereich.

Wie funktioniert ein Messgerät für gelösten Sauerstoff?

METTLER TOLEDO bietet zwei verschiedene Sauerstoffsensortypen an: amperometrische und optische.

Amperometrisch: Der Gelöstsauerstoff-Sensor arbeitet mit einer gaspermeablen Membran zur Trennung der Messprobe von der innen liegenden elektrochemischen Zelle. Sauerstoff diffundiert durch die Membran im direkten Verhältnis zum Partialdruck des Sauerstoffs in der Flüssigkeit außerhalb des Sensors. Die Kathode und die Anode innerhalb des Sensors werden mit einer elektrischen Spannung polarisiert, um die elektrochemische Reaktion des Sauerstoffs zu ermöglichen. Sauerstoff wird an der Kathode reduziert, während gleichzeitig die Anode oxidiert wird. Dadurch fließt zwischen beiden Elektroden ein elektrischer Strom, dessen Stärke dem Sauerstoff-Partialdruck direkt proportional ist. Zusätzlich verwendet der Sensor für gelösten Sauerstoff den Temperaturwert, um das Signal des Sauerstoffpartialdrucks in einen Konzentrationswert für den gelösten Sauerstoff umzuwandeln. Dies erfolgt durch Kompensation der temperaturabhängigen, wechselnden Löslichkeit des Sauerstoffs.

Optisch: Sensoren für gelösten Sauerstoff mit optischer Messtechnologie enthalten eine sauerstoffempfindliche, fluoreszierende Schicht. Diese Schicht absorbiert das von einer Leuchtdiode (LED) kommende Licht und gibt diese Energie in Form von Fluoreszenz wieder ab. Die Fluoreszenzintensität hängt von der Sauerstoffkonzentration im Probenmedium ab.

Wie wird ein Gelöstsauerstoffsensor kalibriert?

Jedes Messgerät für gelösten Sauerstoff hat seine eigene Steilheit und Nullpunkt. Diese beiden Werte können sich jedoch ändern. Um eine hohe Messgenauigkeit des Sensors für gelösten Sauerstoff zu gewährleisten, muss nach jedem Austausch eines Sensor-Ersatzteils eine Kalibrierung durchgeführt werden. Die Kalibrierung eines Sensors für gelösten Sauerstoff wird entweder als Einpunkt- oder Zweipunkt-Kalibrierung durchgeführt. Bei der 1-Punkt-Kalibrierung wird normalerweise als Kalibriermedium Luft eingesetzt, bei der 2-Punkt-Kalibrierung ein zusätzliches Gas mit 0%-Sauerstoffanteil, in der Regel reiner Stickstoff.

Was ist gelöstes Kohlendioxid (CO₂)?

Gelöstes Kohlendioxid ist die vorhandene CO₂-Konzentration in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit.

Kohlendioxid wird in der Regel as Gas angegeben. Aus diesem Grund handelt es sich bei Inline- und Online-Messungen von Kohlendioxid in Prozessen um die Bestimmung des Drucks, den das Kohlendioxid auf das Gas oder die Flüssigkeit ausübt, in denen es gelöst ist.

Wie messe ich CO₂?

Gelöstes Kohlendioxid wird mit einem Sensor für gelösten Kohlendioxid gemessen.

Ja nach Art der Anwendung und der Branche wird die CO₂-Konzentration in verschiedenen Einheiten ausgedrückt.

Was ist ein Sensor für gelöstes CO₂?

Ein Sensor für gelöstes Kohlendioxid ist ein prozessanalytischer Sensor, der gelöstes Kohlendioxid misst. Sensoren für gelöstes CO₂ von METTLER TOLEDO liefern präzise Messresultate in Echtzeit und tragen somit zum besseren Verständnis der heiklen Abläufe in Fermentations- und Zellkulturprozessen bei. Die gemessenen Informationen durch den Sensor für gelöstes CO₂ geben Einblick in den zellularen Metabolismus und andere Vorgänge innerhalb eines Bioreaktors.

Wie funktioniert ein Sensor für gelöstes CO₂?

Der METTLER TOLEDO Sensor für gelöstes CO₂ führt Inline-Messungen durch und gibt CO₂ Werte in Echtzeit aus. Als Messgrundlage dient ihm das Severinghaus-Prinzip, bei dem die Korrelation zwischen gelöstem Kohlendioxid und pH einer Flüssigkeit ermittelt wird. Als Messelektrode dient bei diesem Prinzip eine hochentwickelte pH-Elektrode, die durch eine elektrolytgefüllte, gasdurchlässige Membran vom Messmedium getrennt ist. Das CO₂ diffundiert durch die Membran in den inneren Elektrolyt, wo es mit Bikarbonat-Ionen ausbalanciert, was zur Änderung des pH-Wertes führt. Die relative Änderung des pH-Wertes im Elektrolyt wird von der hochentwickelten pH-Elektrode gemessen und in Bezug gesetzt zum CO₂.

Wie wird ein Sensor für gelöstes CO₂ kalibriert?

CO₂-Sensoren werden in zwei Schritten kalibriert. Schritt eins besteht in der Kalibrierung der pH-Elektrode im pH-Puffer ohne Membrankörper. In diesem Schritt werden die Steilheit und der Nullpunkt der pH-Elektrode kalibriert. Schritt zwei bei der Kalibrierung eines Sensors für gelöstes CO₂ erfolgt nach der Sterilisation und wird als Prozesskalibrierung bezeichnet. Dieser zweite Kalibrierschritt korrigiert die geringfügige Abweichung der pH-Elektrode nach der Sterilisation.

Was ist gelöstes Ozon?

Ozon ist ein stark oxidierendes Gas. Es wird direkt ins Wasser eingeleitet oder elektrolytisch im Wasser erzeugt. In Wasser gelöstes Ozon zerfällt in Abhängigkeit von Temperatur und pH sehr schnell zu harmlosem Sauerstoff. Daher muss es in Prozessnähe gemessen und erzeugt werden.

Wie messe ich Ozon?

Gelöstes Ozon wird mit einem Sensor für gelöstes Ozon gemessen.

Was ist ein Sensor für gelöstes Ozon?

Ein Sensor für gelöstes Ozon ist ein prozessanalytischer Sensor, der gelöstes Ozon misst.

Wie funktioniert ein Sensor für gelöstes Ozon?

Der Sensor für gelöstes Ozon arbeitet mit einer gaspermeablen Membran zur Trennung der Messprobe von der innen liegenden elektrochemischen Zelle. Ozon diffundiert durch die Membran im direkten Verhältnis zum Partialdruck des Ozons außerhalb des Sensors. Die Kathode (Elektrode, von der aus konventioneller Strom eine polarisierte elektrische Vorrichtung verlässt) und die Anode (Elektrode, von der aus konventioneller Strom in eine elektrische Vorrichtung fließt) im Sensor werden mit einer Nennspannung polarisiert, um die elektrochemische Reaktion des Ozons auszulösen. Ozon wird an der Kathode reduziert, während gleichzeitig die Anode oxidiert wird, was zur Bildung eines sehr geringen elektrischen Stroms direkt proportional zum Ozon-Partialdruck führt. Die Kathode ist von einer Schutzelektrode umgeben. Zusätzlich verwendet der Sensor für gelöstes Ozon den Temperaturwert, um das Signal des Ozonpartialdrucks in einen Konzentrationswert für das gelöste Ozon umzuwandeln. Dies erfolgt durch Kompensation der temperaturabhängigen, wechselnden Löslichkeit des Ozons.

Wie wird ein Gelöstozonsensor kalibriert?

Bei der Kalibrierung eines Sensors für gelöstes Ozon werden neue Kalibrierkonstanten für den Sensor berechnet (Nullstrom und Steilheit). Daher müssen eine Nullstromkalibrierung und eine Steilheitsprozesskalibrierung am Sensor für gelöstes Ozon vorgenommen werden.

Für die meisten Anwendungen liefern ozonfreie Luft oder ozonfreies Wasser die verlässlichsten Standards für die Nullstromkalibrierung.