Verwendungszweck
Das Biophotometer 16 dient zur Trübungsmessung an
Bakterienkulturen in Nährlösung, um automatisch die
Dichte
der Bakterienpopulation zu erfassen, besonders deren Änderung
im
Verlauf eines Wachstumprozesses (Nephelometer).

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1 Biophotometer 16
Es wurde entwickelt als
Alternative zu Lösungen mit einem Roboter, der
Reagenzgläser
aus einem Regal entnimmt und in ein optisches Messgerät
einsetzt.
Das Biophotometer erfüllt den gleichen Zweck mit wesentlich
geringerem Aufwand und benötigt eine Stellfläche von
weniger
als 50 x 50 cm. Als zusätzlicher Vorteil stellte sich im
praktischen Betrieb heraus, dass ein Zerbrechen der
Reagenzgläser
und der damit verbundene Abbruch des Experiments nicht vorkommt, da die
Reagenzgläser während des gesamten Wachstums- und
Messablaufs
überhaupt nicht bewegt werden.
Es können bis zu 16 Reagenzgläser (möglichst
optisch gute Qualität) mit 16 mm Durchmesser eingesetzt und
gleichzeitig über den gewünschten Zeitraum gemessen
werden. Die Messung erfolgt in programmierbaren Zeitabständen,
gemessen wird die Trübung des Inhalts durch Erfassung der
seitlichen Streuung. Die Daten werden an den steuernden PC
übermittelt, aber nötigenfalls im Gerät
gespeichert, so dass keine ständige Verbindung zum PC
erforderlich ist, z.B. nachts. Das Gerät kann mit
MacFarland-Standards kalibriert werden, die Anzeige erfolgt in
MacFarlandeinheiten bis 2,0. Die einer bestimmten Trübung
entsprechende Anzahl Mikroorganismen ist natürlich
für jede Art verschieden und muss einmalig durch
Auszählen bestimmt werden, ein daraus abgeleiteter Faktor kann
in der Auswertesoftware leicht berücksichtigt werden.
Für viele Zwecke reichen aber vergleichende Messungen.
Messanordnung

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2 Messanordnung
Die Reagenzgläser befinden sich in einem luft- und lichtdicht
abgeschlossenen Behälter und werden von Lippen aus
Silikongummi gehalten.
Die optischen Sender und Empfänger sind im 90-Grad-Winkel am
Reagenzglas positioniert.
Ober- und unterhalb der Messeinrichtung befinden sich massive,
elektrische beheizte Alu-Blöcke zur Temperierung der
Nährlösung. Die Temperatur kann im Programm
gewählt werden, muss aber oberhalb der Raumtemperatur liegen,
da keine Kühlung vorgesehen ist. Alternativ können
auch statt der elektrischen Heizung die Alublöcke mit
Anschlüssen an einen externen Flüssigkeitskreislauf
angeschlossen werden, dessen Temperatur nach Wunsch geregelt wird. In
diesem Fall wird die Temperatur im Gerät nicht geregelt, aber
mit den Messungen aufgezeichnet.So kann auch gekühlt werden,
der Nachteil ist jedoch, dass an den gleichen Kreislauf angeschlossene
Biophotometer nicht bei unterschiedlichen Temperaturen arbeiten
können.
Unterhalb der Trägerplatte für die
Reagenzgläser befindet sich für jedes einzelene
Reagenzglas ein elektrisch angetriebener Magnet, der programmgesteuert
einen magnetischen Rührstein im Glas in Drehung versetzen
kann. Die Magnete werden von einem gemeinsamen Motor angetrieben, so
dass Beschleunigung, Drehzahl und Rührdauer für alle
Reagenzgläser gleich ist. Die Werte dafür werden vor
dem Start im Steuerprogramm eingegeben, üblich ist z.B. vor
jeder Messung einige Sekunden umzurühren.
Aufnahme der Reagenzgläser

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3 Reagenzglas-Aufnahme
Es werden Reagenzgläser mit 16 mm Durchmesser und einer
Länge von mindestens 100 mm vom Boden bis zum Deckel
eingesetzt.
Die Reagenzgläser werden einfach von oben eingesteckt und von
Lippen aus Silikongummi gehalten. Die zum Kalibrieren verwendeten
MacFarland-Standardlösungen sollten in den gleichen
Reagenzgläsern eingesetzt werden wie die zu messenden Kulturen.
Prinzipiell können Sonderausführungen erstellt werden
für andere Probenbehälter, z.B. Erlenmayer-Kolben, je
nach Grösse sind dann weniger als 16 Mess-Stationen
möglich.
Rührantrieb

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4 Rührantrieb
Unter jedem Reagenzglas befindet sich ein Magnet, mit dem ein in das
Glas einsetzter magnetischer Rührstein in Drehung versetzt
werden
kann. Dies dient dazu, Nährmedium und Mikroorganismen gut zu
durchmischen, besonders vor jeder Messung der Trübung bzw.
Organismendichte.
Alle Magnete werden gemeinsam von einem elektronisch gesteuerten Motor
angetrieben. Die Drehzahl wird per Programm vorgegeben und mit einem
Sensor überwacht. Im Steuerprogramm kann eingestellt werden,
mit
welcher Beschleunigung der Antrieb auf die eingestellte Drehzahl
hochläuft und zu welchen Zeitpunkten innerhalb des Messzyklus
das
Rühren beginnt und endet. Während der optischen
Messung wird
nicht gerührt, sie dauert nur wenige Sekunden.
Optisches Messsystem

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5 Lichtleiter
Zum Schutz der hochempfindlichen optischen Messelektronik werden die
Sensoren nicht im Probenraum installiert, sondern das zur Messung
benutzte Licht wird mit Lichtleitern in den abgedichteten Probenraum
und an die entsprechenden Reagenzgläser geführt. Die
Lichtleiter werden mit nummerierten Steckverbindern mit den
Lichtquellen und den Photosensoren auf den entsprechenden Steckmodulen
verbunden.
Die Lichtleiter von Sendern und Empfängern bilden an den
Reagenzgläsern einen Winkel von 90 Grad, so dass die
Empfänger kein direktes Licht erhalten, sondern das an den
Mikroorganismen seitwärts gestreute Licht.

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6 Messmodule Empfänger, Sender
Die Messmodule werden bei der Inbetriebnahme und bei Reparaturen mit
Hilfe optischer Messgeräte so eingestellt, dass sich die
gewünschten Messbereiche ergeben. Die Kalibrierung im Betrieb
erfolgt in der geschlossenen Schleife wie die normalen Messungen, dazu
werden MacFarland-Standard-Lösungen anstelle der
Nährlösungen in den gleichen Reagenzgläsern
verwendet. Am zweckmässigsten ist die Verwendung von 2
Standards, die ungefähr den zu erwartenden Wertebereich
abdecken, z.B. Standards mit 0,1 und 1,0 MacFarland-Einheiten. Die
Standards werden in die Halterung gesteckt, die am Display des
Biophotometers angegeben ist, das Gerät misst die beiden
Standards und errechnet die nötige Interpolation für
die folgenden Messvorgänge. Es wird nur je ein niedriger und
ein hoher Standard benötigt, diese werden nach Aufforderung
nacheinander in die Reagenzglasaufnahmen 1 bis 16 gesteckt,
siehe
Betriebsanleitung.
Software

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7 Parameter-Eingabe
Die
Kalibrierung ist der einzige Vorgang, der direkt am Gerät
ausgeführt wird, die Messaufgaben werden am angeschlossenen
Computer konfiguriert, gestartet und gestoppt. Dazu muss das
Biophotometer mit dem Computer verbunden sein, während der
Messvorgänge ist das nicht dauernd erforderlich, da die
Messwerte im Gerät zwischengespeichert werden.
Während die Verbindung steht können die bis dahin
erfassten Messwerte jederzeit in einer Übersicht aller 16
Kanäle aufgerufen werden, um den Fortgang des Wachstums zu
beobachten und gegebenenfalls die Messungen zu stoppen.
Typischerweise zeigen die Diagramme einige Zeit, bis das Wachstum
einsetzt, danach einen exponentiellen Anstieg der Dichte und
schliesslich einen Zusammenbruch der Population, wenn das
Nährmedium aufgebraucht ist.

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8 Übersicht über 16 Kanäle
Zur genaueren Untersuchung können Diagramme aufgerufen werden
mit bestimmten ausgesuchten Kanälen, siehe Bild 9. Es sind 2
Kanäle und die Temperatur dargestellt. Die Zusammenstellung
kann beliebig erfolgen und das Diagramm ausgedruckt werden. Die Daten
werden auf dem Computer unter ihrer Projektnummer gespeichert.
In der Auswertungssoftware können verschiedene Filter
angewandt werden, um die Kurven zu glätten. Ebenso kann eine
Fehler-Eliminierung nach dem 3-Sigma-Verfahren durchgeführt
werden.
Für externe Verarbeitung können die Messwerte als
Textdatei exportiert oder direkt in ein Excel-Arbeitsbaltt
übergeben werden.

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9 Messwert-Diagramm
An einem Computer können bis zu 16 Biophotometer gleichzeitig
betrieben werden.