Способ автоматического контроля концентрации аммонийного азота

 

3(56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР

П0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЗНЧФВ9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

tt e.i.f, I

ИЯ.:,,:

Н АВТОРСЙОВ1У СВИДВТВУЬСТВУ

/ (21) 3481400/28-13 (22) 09.08.82 (46) 15.03.84. Бюп. М 10 (72) В.Н.Бирюков, С.Б.Иныгин, 8.Ì.Кантере, М.С.Леиков и С.В.Писарев (71 ) Всесоюзный научно-иссленовательский институт & нтибиотнков (53) 663.1(088,8) (56) I. Kell О.в. The Role of XonSeleetive Е1екйгойеа in ЬиртоМв8

Fermentation Yells. - "Process BioсЬеиР, !980, ч. !5, К 1, р, )8-23m

2. Патент США М 3649505, кл. 204/195, 1970. (54 >(57) CIX:OB АВТОМАТИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЯ КОНБЕНТРАЦИИ АММОНИЙНОГО АЗОТА в проиессах культивирования,микроорганизмов, прекусматривающий измерение нарнианьного давления растворенного аммиака при рНф 12, о т п ич а ю шийся тем, что, с пепью иовышения точности юмерения, осуществляют электролвз культура льной живости, а парниапьное аявление растворенного аммиака измеряют в зоне электролиза на катоне.

1 . 10796

Изобретение относится к бродильным производствам, а именно к способам контроля параметров микробиологического синтеза, и может найти применение при автоматическом контроле и регулировании про- 5 цессов культивирования бактерий, проауцентов антибиотиков, арожжей, ферментов, аминокислот и.т.а.

Известен способ определения концентрации аммонийного азота в процессах куль- щ гивирования микроорганизмов путем измерения концентрации ионов аммония ионоселективным электродом Е13

Неаостатком этого способа является высокая погрешность измерения, причиной которой являются помехи ог ионов калия и натрия.

Известен способ определения концентрации аммонийного азота в процессах культивирования микроорганизмов, преаусматри ваккций измерение парциального давления растворенного аммиака. При осуществлении данного способа в пробу анализируемой жидкости вносят раствор щелочи до достижения рН 7j 12 и измеряют парциальное аавление растворенного в жидкости аммиака с помощью газочувствительного аммиачного электрода (2g .

Недостатком известного способа является невысокая точность измерения, обуслов- пенная непредставительностью отбираемой пробы и большой динамической погрешностью.

Цепь изобретения - повышение точности измерения концентрации аммонийного 35 азота.

Поставленная цепь достигается тем, что согласно способу контроля концентрации аммонийного азота, предусматрнваюс щему йзмерения парциального аавления 40 растворенного аммиака при рН 12, осуществляют электролиэ культуральной жидкости, а парциальное давление растворенного аммиака измеряют в зоне электролиза на катоае. 45

При осуществлении способа в ферменгационную жидкость погружают два электрода, которые изготовлен, например, из платиновой сетки. Электроды подключают к источнику постоянного тока и устаиавпи- о вают силу тока, обеспечивающую электро лиэ ферментационной жидкости. В зону электролиза на катоде помещают гаэочувствительный аммиачный элекгроа.

При электролизе у поверхности катода 55 образуется избыток гпдроксильных ионов, вызывающих значительное увеличение рН в етой зоне. Наличие в анализируемой ферментационной жидкости зоны с повышенным значением рН приводит к переводу находящихся в ней ионов аммония в газообразный аммиак. Величину тока электропиза выбирают такой, чтобы в зоне электролиза у катода выполнялось условие

pH > 12. Парциальное давление растворенного аммиака в зоне электролиза на катоде измеряют газочувствительным аммиачным электродом, При таком измерении происходит существенное ослабление влияния аиффузионного барьера вблизи мембраны газочувствительного электроаа и обеспечивается активный транспорт ионов аммония к нему. Это значительно уменьшает время устачовления показаний электрода и снижает динамическую погрешность измерения.

На чертеже изображена принципиальная схема одного из вариантов устройства для осуществления способа.

Устройство соаержит газочувствительный аммиачный электрод 1, токовый катод 2, выполненный, например, в видеппатиновой сетки, источник 3 постоянного тока, токовый анод 4, высокоомный преобразователь 5.

Токовый катод 2 закреплен с внешней стороны газопроницаемой мембраны газочувствительного аммиачного электрода 1 и присоединен к отрицательной шине источника 3 постоянного тока, а токовый анод

4 - к положительной. Выкоа газочувствительного аммиачного электрода 1 включен в высокоомный преобразователь 5.

Устройство работает следунмлим образом.

При погружении газочувствительного . аммиачного электроаа 1 с токовым катодом 2 и токового аноаа 4 в ферментационную жидкость происходит ее электролиэ. .Образовавшийся в зоне электролиза на катоде аммиак измеряется газочувствитепьным электродом 1, а значение по генциала элекгроаа, пропорциональное логарифму концентрации аммонийного азота в ферментационной жидкости, определяется с помощью высокоомного преобразователя

5.

Пример. В ферментационную жидкость продуцента окснтетрациклина погружают датчик для непрерывного автоматического контроля концентрации аммонийного азота, выполненный на основе аммиачного гаэочувствнтельного электроаа

OP- NH g -711 32 Rode k is производства

BHP.

666 4 устанавпивают равным 3-5 мА, при этом вбпизи газопронипаемой мембраны обеспечивается усповие рН 7, 12. Крутизна градуировочной характеристики, попученной в ходе проведения калибровки, составняет порядка 55-59 мВ.

Концентрация, %, эаКонцентрация рассчитанная по известной вепичине добавки, %

Погрешность измере» .Ния, Опредепенная по отношению z расчетной вепичине концентрации, %, способом предпагаемым иэвест-. известным преднагаемым

5Л

5,3

5,5

5,1

S,2

2,5

2,3

2,4

2,7

2,2

0,0085

0,00289

0,0493

0,0698

0,0906

0,1106

0,0079

0,0268

0,0456

0,0644

0,0837

0,1026

»

0,0282

0,0482

0,0682

0,0882

0,1082

Испопьзованне предпагаемого способа обеспечивает повышение в 2 раза точности измерения концентрации аммонийного азота в процессах купьтивирования микро-.„

5Г

ОрганизмОв; искпючает дОПОпнитепьный От" бор проб при проведении культивирования микроорганизмов и Обеспечивает воэможВНИИПИ Заказ 1259/24 Тираж 522 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, уп. Проектная, 4

3 1079

Катод выпопняют в вице сетки, сппетенной из ппатиновой провопоки 4 0,05мм, и закреппяют на гаэопронипаемой мембране гаэочувствитепьного аммиачного эпехтрода с помощью уппотняющих прокпадок.

A иод анапогичной конструкции размещают на. фтороппастовой ппастине, прикреппенной к корпусу гаэочувствительного эцектрода.

Катод и анод соединяют с источником поетоянного тока, а аммиачный эпектрод - с 1О высокоомным преобразователем.

Сигнап с газочувствитепьного эпектреда подают на промышпенный преобразоватепь типа П-201, а низкоомный выход преобразователя - на самопишущий потенпиометр s типа КСП-4.

Градуировку системы автоматического контропя производят предваритепьно перед начацом измерений путем погружения датчика в стандартные 0,01 н,.и 0,1 н, раст 2О воры хпорида аммония. Ток эпектропиза

Как,видно из табпииы, предпагаемый способ позволяет снизить погрешность опредепения концентрации аммонийного азота по сравнению с ирототипом в среднем в.2 раза за счет снижения времени откпика эпектрода примерно в 3 раза.

Периодически в жидкость добавпяют дозу раствора супьфата аммония, изменяющую концентрацию аммонийного азота в ней на веничину 0,02%, а затем осуществпяют параплепьные измерения известным и даннЫм спОсобами.

При етом попучают время установпеиия показаний электрода дпя данного способа порядка 30-40 с, дпя известного спосо- ба окопо 120-130 с.

В таблице приведены результаты испытания способа на ферментационной жидкости окситетрациклина. ность работы в стерипьных усповиях„. создает возможность автоматического регупирования концентрации аммонийного азота с высокой точностью на заданном уровне и позвопяет увеничить выход aeaeeoro продукта в ходе процесса купьтивирования микроорганизмов. например, при регудировании концентрации аммонийного азота в процессе биосинтеэа пенипиппина возможно увепичение в среднем выхода антибиотика на 6% и снижение себестоимости единицы продукции на 2,4%, что составит иа Саранском заводе медпрепаратов годовой экономический эффект 267 тыс. руб.