Forschung

MuFaSa - Multi-Faser-Sensor-Arrays zur in-situ-Überwachung der Ammoniak-Konzentration in Bioprozessen

Titel:

Entwicklung, Herstellung und Erprobung eines neuartigen optischen Multi-Faser-Sensor-Arrays zur in-situ-Überwachung der Ammoniak-Konzentration in Bioprozessen

Kurzform:

MuFaSa

Kurzbeschreibung:

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Herstellung und Erprobung eines neuartigen optischen Multi-Faser-Sensor-Arrays, mit dem in-situ die Ammoniakkonzentration in Bioprozessen überwacht werden kann. Ausreichend große Signalstärken kovalent gebundener Chromo-Ionophore sollen eine ortsaufgelöste Messung ermöglichen und Änderungen entlang einer Lichtleit-Faser erfassen. Anhand der in Echtzeit erhaltenen Daten sollen Abweichungen chemischer Parameter sofort erkannt und durch zeitnahe Gegenmaßnahmen optimale Lebensbedingungen für die Kultivierung von Mikroorganismen, die für die Wirtschaftlichkeit des Bioreaktors von entscheidender Bedeutung sind, gesichert werden.

Trotz zahlreicher in der Literatur beschriebener Ansätze gelang es bisher noch nicht Optroden für Ammonium- oder Ammoniakmessungen, ähnlich den in der Wassermesstechnik inzwischen bewährten pH-Optrode, zu entwickeln. Neue NH3-Ionen-selektive Chromo-Ionophore und die Entwicklung preiswerter optischer Spektralsensoren lassen es jedoch möglich erscheinen, neuartige Lösungen zu finden. Durch die Funktionalisierung geeigneter Metallo-Porphyrine oder Cronenether durch Chromophore, die ihre Absorptionseigenschaften in Abhängigkeit von der Konzentration des Analyten reversibel ändern, sollen neue sensitive Schichten ohne Querempfindlichkeiten zu anderen Anionen direkt oder durch eine kovalente Anbindung in ein Sol-Gel-Schicht auf einen LWL immobilisiert werden und so selbst den Sensor darstellen. Diese Anwendung ist noch nicht bekannt und erfordert ein entsprechendes Faserdesign.

Aufgrund der Abhängigkeit der NH3-Konzentration in Lösung von der Temperatur und dem pH-Wert, sollen auch diese Parameter mit dem hier zu entwickelnden Multi-Array erfasst werden.

Mitarbeiter:

Dipl. Chem. Birgit Dietzel

Laufzeit:

01.08.2021 – 31.03.2023

Projektvolumen:

219.715 €

Förderkennzeichen:

KK5011105J01 

Mittelgeber/Förderprogramm:

BMWi, ZIM-Kooperationsprojekte

Projektträger:

AIF Projekt GmbH

Kooperationspartner:

F & T Fibers and Technology GmbH

Ansprechpartner:

Birgit Dietzel