Integration eines FIA-Systems in das Prozeßmanagementsystem RISP

Diplomarbeit von Matthias Froeck

Problemstellung:

Die Anbindung des Eppendorf-FIA-Systems an RISP ist über die serielle Schnittstelle des Mastermoduls erfolgt. Das Mastermodul arbeitet jetzt als intelligentes Front-End-Gerät.

Das FIA-System wird von RISP aus gesteuert und übergibt seine Meßwerte an das Prozeßmanagementsystem zur automatischen Auswertung. Die Auswertung ist im Formelsystem von RISP implementiert und erfolgt nach der Michaelis-Menten-Kinetik (Enzymkinetik).

Die Zeit der Messung, Auswertung und Datenübertragung wurde von 27 Minuten auf 8 Minuten 40 Sekunden verkürzt. RISP erhält jeweils im Abstand von 5 Minuten einen Ethanol- und Glucosekonzentrationswert. Durch die kurzen Abstände der Messungen und die hohe Datenübertragungsfrequenz ist der Einfluß von Meß- und Übertragungsfehlern auf eine Prozeßsteuerung stark verringert.

Eine Abschätzung der Ethanol- und Glucosekonzentrationen anhand der Peakgröße des Schreiberprotokolls für die Steuerung eines Fermentationsprozesses ist nicht mehr nötig.

Die Glucose- und Ethanolkonzentrationen werden nun in RISP graphisch angezeigt, gespeichert und stehen für andere Anwendungen bereit. Damit ist die angestrebte Echtzeitmessung erreicht.

Als Anwendungsbeispiel kann jetzt die Zufütterung von Glucoselösung an Hand der aktuellen Substratkonzentration direkt im Formelsystem von RISP über AKB definiert werden.

Das in RISP integrierte FIA-System hat sich in mehreren Fermentationen als brauchbar und innerhalb einer tolerierbaren Fehlergrenze im Vergleich mit Offline-Proben als einsatzfähige Online-Analytik erwiesen.

Die von RISP ausgewerteten Glucose- und Ethanolkonzentrationen können also zur effektiven Prozeßkontrolle und Prozeßsteuerung, wie z. B. zur Optimierung und Erstellung von Zufütterungsmodellen und für Modellierungsrechnungen verwendet werden.

Die für den FIA-Steuersequenztreiber erstellte Meta-Sprache ist so vielseitig, daß sie es dem Anwender auf einfache Weise ermöglicht das FIA-System für die Messung von anderen Komponenten umzuprogrammieren oder an ein verändertes System (Schlauchlänge, andere Anordnung der Module, andere Sensoren) anzupassen. Das FIA-System ist nicht nur für die Messung von Ethanol- und Glucosekonzentrationen geeignet, sondern kann auch für die Bestimmung von anderen Komponenten, wie z. B. Acetat, L-Lactat, L-Aminosäuren (Jürgens 1993) eingesetzt werden. Selbstverständlich ist die Meta-Sprache nicht nur für enzymatische, sondern auch für chemisch physikalische Meßmethoden geeignet, die mit dem FIA-System durchgeführt werden können.

Unter Verwendung der Meta-Sprache ist das als Einkanal-System konzipierte Eppendorf-FIA- System für die Messung von zwei oder mehr Komponenten einsetzbar.

Eine zukünftige Verbesserung wäre die Entwicklung einer Benutzeroberfläche, die es dem Anwender erleichtert, die Meta-Sprache und damit das FIA-System für seine Anwendung zu programmieren.

Falls der interne Befehlssatz des Mastermoduls für die Remote-Steuerung soweit erweitert werden würde, daß Information über die Grundlinie an RISP übergeben werden, könnte über RISP eine automatische Kalibrierung programmiert und auch eingesetzt werden. Die interne Software des Mastermoduls müßte so flexibel sein, daß der aktuell gemessene Wert sofort an der Schnittstelle bereitgestellt wird und nicht erst dann, wenn ein Nullabgleich erfolgt oder ein neuer Peak erkannt wird. Dieses würde die Meßzeit um weitere 5 Minuten verkürzen.

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