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L9 - Inline-Messung organischer Säuren in Biogasmedien

S. Schelter, J. Zosel, W. Oelßner, M. Merting, E. Ritzi, V. Wragge & B. Habermann
Für die Überwachung der im Gärprozess von Biogasmedien entstehenden organischen Fettsäuren steht bisher noch kein prozesstaugliches online-fähiges Messsystem zur Verfügung. Ein zu diesem Zweck neu entwickeltes Messsystem beruht auf dem Prinzip der membranfreien Inertgasextraktion flüchtiger Komponenten aus wässrigen Biogasmedien mit anschließender chromatographischer Auftrennung der einzelnen zu detektierenden Bestandteile. In der vorliegenden Arbeit wurden mehrere bekannte Offline-Methoden zur Erfassung der Säuregehalte hinsichtlich ihrer Messgenauigkeit mit dem Ziel geprüft, aus diesen die für die Kalibrierung des neuen...

F5 - Hochauflösendes Direktschreiben sensorischer Strukturen unter Anwendung des Aerosoldruckverfahrens

S. Ziesche, S. Mosch, M. Ihle & U. Partsch
Die Anwendung des Aerosoldruckverfahrens in der Herstellung keramikbasierter Sensorik zeigt erhebliche Vorteile gegenüber den konventionellen Herstellungsverfahren der Dick- und Dünnschichttechnik. Im Beitrag wird das Potenzial dieser Technologie durch Vergleich mit alternativen Herstellungsverfahren aufgezeigt und anhand konkreter Beispiele ihre Praktikabilität zur Verbesserung bestehender sensorischer Lösungen verschiedener Anwendungsbereiche demonstriert.

E4 - Measurement of droplet impedance in segmented flow

B. Cahill, S. Wiedemeier & G. Gastrock
We describe a microfluidic system for the inline contactless measurement of the impedance of droplets in segmented flow. Droplet-based microfluidics has emerged as a widespread microfluidic tool in the last ten years and has found application in chemical and biological reactors. Electrical sensing of droplet conductivity and capacitance allows the analysis of the processes that take place within the droplet. This may be the sensing of discrete objects within the droplet or the sensing of...

1.1 - Selbstüberwachung und online Verifizierung von Sensordaten im Kraftfahrzeug

T. Ochs, L. Diehl, W. Lehle, C. Kern, F. Stanglmeier & T. Handler
Getrieben durch die sich immer weiter verschärfende Abgasgesetzgebung werden das Motorsystem und die einzelnen Komponenten im Fahrbetrieb kontinuierlich überwacht. Beginnend in Kalifornien (1988 On Board Diagnose (OBDI) wurden die Überwachungsanforderungen der emissionsrelevanten Komponenten standardisiert. Hierbei muss sichergestellt werden, dass alle Komponenten, deren Ausfall zu einer Verschlechterung der Abgasemissionen führt, im Motorsteuergerät überwacht werden. Dazu werden im Abgasnachbehandlungssystem unterschiedliche Sensoren eingesetzt (z.B. NOx-, Partikel- und Lambda-Sonde). Diese Sensoren müssen als Bestandteile des Emissions- und Überwachungskonzepts selbst...

A1 - Kontinuierliche Überwachung von Fermentations- und Kultivierungsprozessen mittels Surface Plasmon Resonance (SPR) Spectroscopy

A. Henseleit, A. Tomita, C. Pohl, T. Bley, E. Boschke & J. Stürmer
Eine prozessbegleitende Überwachung von Fermentations- und Kultivierungsprozessen ermöglicht nicht nur eine zeitnahe Reaktion auf Veränderungen von kritischen Parametern (z. B. Medienzusammensetzung und Metaboliten) sondern verbessert darüber hinaus das Verständnis der Prozesse an sich. Besonders geeignet ist in diesem Zusammenhang die Oberflächenplasmonenresonanz (SPR)-Spektroskopie. Sie misst durch molekulare Interaktionen hervorgerufene Veränderungen des Brechungsindexes und bietet so die Möglichkeit, Analyseproben in Echtzeit und ohne vorhergehende zeitaufwendige Aufbereitung, labelfrei zu charakterisieren. Eine der größten Herausforderungen ist dabei die Etablierung...

L17 - Inline-Prozessüberwachung von Suspensionen mit hohem Feststoffanteil

S. Wöckel, U. Steinmann, R. Weser & B. Wessel
Es wurde ein neuartiges Ultraschallmessverfahren entwickelt, mit dem die akustischen Streusignale aus hochkonzentrierten Suspensionen erfasst und zum Zweck der Partikelcharakterisierung ausgewertet werden können. Der Sensor ist als Einstecksonde konzipiert und erlaubt eine schnelle, einfache und minimalinvasive Prozessankopplung. Anstelle eines Einzelsignals im Zeitbereich wird ein statistischer Kennwert (Standardabweichung η(t)) aus einer Anzahl N von Einzelmessungen der laufzeitabhängigen akustischen Rückstreusignale ermittelt. Dadurch kann neben der Schalldämpfung, die maßgeblich von der vorhandenen Partikelkonzentration beeinflusst wird, auch der Rückstreukoeffizient...

L15 - Validierung instrumentierter Strömungsfolger in einem Rührbehälter

S. Reinecke & U. Hampel
Zur Untersuchung der Prozesse in Mischbehältern wurde am HZDR das Konzept instrumentierter, Strömungsfolger entwickelt. Diese können als auftriebsneutrale Sensorpartikel in großen Behältern, wie z. B. Biogasfermentern, Bioreaktoren und Belebtschlammbecken, eingesetzt werden und erfassen dabei kontinuierlich Prozessparameter. Nach der Rückgewinnung der Sensorpartikel aus dem Prozess werden die Daten einem computergestützten Analysesystem zur Verfügung gestellt. Die entwickelten prototypischen Sensorpartikel bestehen aus auftriebsneutralen Kapseln, welche mit einer integrierten Messelektronik ausgestattet sind. Das Systemkonzept berücksichtigt derzeit miniaturisierte Sensoren für...

L14 - Datenvorbehandlungsmethoden für präzisere Inline- Bestimmung von Stoffkonzentrationen im Bioreaktor aus NIR-Absorptions-Spektren

U. Wenzel, S. Princz, L. Gröber, R. Miller & M. Heßling
In Fermentationen mit Backhefe (Saccharomyces cerevisiae) sollen inline im Bioreaktor die Konzentrationen von Glucose, Ethanol und Biomasse aus NIR-Absorptionsspektren mithilfe chemometrischer PLS-Modelle bestimmt werden. Verwendet wird eine Transflexionssonde mit einer Spaltbreite von 0,25 mm. Die einzelnen aufgenommenen Absorptionsspektren gegen Wasser als Referenz schwanken teilweise stark sowohl im Offset, vermutlich verursacht durch Hefeklumpen, als auch in der Form, vermutlich wegen Gasblasen im Spalt der Sonde. Die hier vorgestellte neuartige Datenvorbehandlungsmethode lässt über eine Zeitserie ungemittelter Spektren...

L13 - Sensorik in der Textiltechnik

Y Gloy, T. Beck, A. Hehl, V. Niebel, M. Wischnowski, E. Schulte Südhoff, M. Raina & T. Gries
Der Einsatz von Sensorik ist genau so vielfältig wie die verschiedenen Prozesse in der Textiltechnik. Daher kommen unterschiedlichste Messprinzipien zum Einsatz um die eine gewünschte Produktivität, Robustheit und Produktqualität zu gewährleisten. Die Veröffentlichung gibt einen Überblick über den Stand der Forschung zu dem Einsatz von Sensorik in der textilen Kette von der Fadenherstellung bis zum gefügten Textil.

L11 - Photometrischer MIR-ATR-Sensor für die Prozessanalyse

D. Geörg, M. Gornicki, D. Egly, F.-J. Methner & T. Beuermann
There is a strong demand for on-line monitoring in modern process automation. Transferring analytical methods from laboratory to production plants is still a problem, since for many laboratory devices do not exist corresponding process-capable measuring instruments. The developed MIR-ATR sensor solves this problem in case of FT-MIR spectroscopy (wavelength range 2.5 μm to 25 μm or wavenumber range 4000 cm-1 to 400 cm-1). A prototype of this sensor was constructed in order to determine the...

L10 - Mobile Versuchsanlage zur Ertragssteigerung und Prozessoptimierung von Biogasanlagen

J. Zosel, A. Klockow, M. Schelter, W. Oelßner, M. Mertig, P. Zimmermann & R. Winterberg
Zur Ertragssteigerung und Prozessoptimierung von Biogasanlagen wurde eine mobile Versuchsanlage entwickelt, hergestellt und in einem Langzeit-Feldversuch erprobt. Der in einem Container untergebrachte Fermenter mit 1,5 m3 Rauminhalt enthält mehrere neu entwickelte Sensoren zur Beurteilung des Prozesszustandes sowie eine Vorrichtung zur Erkennung und Bekämpfung von Schaum. Während des Feldversuches konnte eindeutig nachgewiesen werden, dass sich Störeinflüsse auf die Gelöst-Wasserstoff-Konzentration auswirken, die mit höherer Aussagekraft als die Wasserstoff- Konzentration im Biogas als Stabilitätskriterium herangezogen werden kann. Während...

L7 - Ethinsensor für die Online - Transformatorgasanalyse

U. Sasum, T. Widmer & U. Guth
Sowohl bei der natürlichen Alterung von Isolierstoffen als auch bei fehlerhaftem Betrieb von mineralölgefüllten elektrischen Betriebsmitteln können sich Gase bilden. Die Kenntnis der Ethinkonzentration ist notwendig, um Rückschlüsse über das Vorhandensein eines Fehlers im Transformator zu ziehen und seine Art zu ermitteln. Es wurde ein neuer NDIR-Ethinsensor für den Einsatz in modularen Onlineanalysatoren für Transformatorgase mit einem Messbereich von 5 ppm bis 10.000 ppm entwickelt und acht Monate an einem Technikumsprüfstand getestet.

L6 - Biogene Wasserstoffproduktion und deren Analytik

N. Haufe, F. Krujatz, J. Weber, S. Grützner, M. Schelter, J. Zosel & M. Mertig
Wir zeigen in unserem Ansatz ein alternatives Verfahren der Bio-Wasserstoffproduktion. Die biologische Aktivität von Algen und die von Bakterien wird in einem Tandemprozess kombiniert genutzt. Um Wasserstoff zu erzeugen, muss das System nur mit Wasser und Licht „gefüttert“ werden. Somit handelt es sich bei dem produzierten Wasserstoff um einen Biokraftstoff. Um unser Ziel zu realisieren, werden zwei Bioreaktoren so miteinander verbunden, dass die Reaktionsprodukte aus dem Behälter der Entstehung zu dem der Nutzung diffundieren können....

L3 - Nicht-invasive, online Dichtebestimmung mittels ultraschallbasierender Mehrfach-Reflektions-Methode

S. Hoche, M. A. Hussein & T. Becker
Die Dichte ist ein wichtiger Parameter für die meisten bekannten Verfahren der chemischen, petrochemischen, pharmazeutischen, Lebensmittel- und Getränkeindustrie; sowie Biotechnologie, Wasser- und Abwasserwirtschaft. Das Potenzial den Prozess online mittels Dichte zu beurteilen, ermöglicht neue Möglichkeiten der Prozesssteuerung und -überwachung. Bei einigen Methoden werden direkte physikalischen Beziehungen genutzt, die letztendlich auf der Korrelation zwischen Dichte und Prozessgröße basieren und auf bestimmte chemische Reaktionen oder charakteristische Prozessverläufe beschränkt sind. Etablierte Messsysteme wie Coriolis-Masse- oder Schwingrohr- Systeme sind...

L2 - Online monitoring of biomass concentration with the biO2mass sensor technology

I. Stempin, Z. Kovács & P. Czermak
In situ measurement of biomass is one of the most critical analytical procedures in biotechnological processes. In our laboratory, we have developed a sensor, called biO2mass sensor (Patent No DE 10 2013 006 972.6), for measuring biomass concentration of aerobic cultures during fermentation. The principle of the measurement is based on periodically creating a small, enclosed sampling room in the fermenter in which the rate of decay in dissolved oxygen correlates with the actual biomass...

L1 - Industrietaugliches Biofilmbildung-Monitoring mit robustem, multiparametrischem Sensorsystem

M. Ruhnow, J. Kohser, T. Bley, E. Boschke, M. Bulst & S. Wegner
Biofilme stellen eine ernsthafte gesundheitliche Gefährdung dar, vor allem wenn sie unkontrolliert abgelöst werden [1]. Ziel des vorgestellten Forschungs- und Entwicklungsprojekts zwischen der Sciospec Scientific Instruments GmbH und der Professur für Bioverfahrenstechnik (TU Dresden) ist daher die Entwicklung, Realisierung und Etablierung eines multiparametrischen Sensorsystems zur Überwachung der Biofilmbildung sowohl im Labormaßstab als auch in industriellen Anlagen. Das Hauptaugenmerk liegt auf einer Kombination von verschiedenen Messprinzipien, um Querempfindlichkeiten oder Störeinflüsse zu minimieren. Um die erhaltenen Messsignale...

F20 - pH-sensitive Beschichtung für SPR-basierte Sensoren

A. Kick, S. Rauch, P. Uhlmann, M. Stamm & M. Mertig
Neue Ansätze für die optische Bestimmung des pH-Wertes in Bioreaktoren sind von wachsendem Interesse. Es werden pH-sensitive Beschichtungen entwickelt, welche die Detektion der pH-Werte im sauren Bereich erlauben. Dabei soll das Prinzip der Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) genutzt werden, um eine empfindliche, schnelle und reproduzierbare Messung zu ermöglichen. Mit der SPRMethode werden Änderungen der Brechzahl im oberflächennahen Medium an der Sensoroberfläche hoch empfindlich registriert. Es ist ein optisches Verfahren.

F17 - Mikrokontakt-Strukturierung von Platindünnschichten als Elektrodenmaterialien

F. M. Wisser, J. Grothe & S. Kaskel
Strukturierte Platinelektroden wurden durch Mikrokontaktdrucken eines polymeren Präkursors hergestellt. Der Präkursor besteht aus einem anpolymerisiertem Zitronensäure-Ethylenglycolester und Platinnitrat in verdünnter Salpetersäure. Die so hergestellten Interdigitalelektroden mit einer lateralen Auflösung von 20 μm wurden röntgenographisch und elektrochemisch charakterisiert. Die elektrochemische Gehaltsbestimmung von Wasserstoffperoxid ist mit diesen Platinelektroden ohne zusätzliche Referenzelektrode bis zu einem Gehalt von etwa 0,5 ppm (10 μM) möglich.

F16 - Neuartiger thermischer Wirbelsensor zur Bestimmung von binären Mischungsverhältnissen in Fluiden

B. Schmitt, C. Kiefer & A. Schütze
Ein neuartiger thermischer Sensor zur Bestimmung von Mischungsverhältnissen wird vorgestellt. Das Messprinzip beruht auf der Nutzung eines stationären Wirbelpaares, das sich bei geringen Reynoldszahlen hinter einem in einer Strömung befindlichen Störkörper bildet. Die Ausdehnung des Wirbels in Strömungsrichtung ändert sich unter anderem mit der Viskosität des anströmenden Gemisches, wobei durch ihre Bestimmung bzw. Auswertung ihrer Änderung auf das Mischungsverhältnis geschlossen werden kann. Mikrostrukturierte Heizer werden in dem Totgebiet hinter dem Störkörper platziert, um dieses zu...

F15 - Chemische Sensoren mit Bariumstrontiumtitanat als funktionale Schicht zur Multiparameterdetektion

C. Huck, A. Poghossian, M. Bäcker, W. Zander, J. Schubert, L.H. Sukoyan, V. Begoyan, V. V. Buniatyan, P. Wagner & M. J. Schöning
Die herausragenden multifunktionalen Materialeigenschaften und die große Vielfalt in der stöchiometrischen Zusammensetzung von Perowskit-Oxiden wie beispielsweise Bariumstrontiumtitanat (BST) haben großes Interesse bei der Herstellung von Chemo- und Biosensoren für Flüssigkeiten geweckt. In diesem Beitrag werden BST-Dünnfilme als funktionale Schicht für die Multiparameterbestimmung von pH-Wert, Elektrolytleitfähigkeit sowie für die Detektion von geladenen Makromolekülen verwendet. Zur pH-Wertmessung wurde ein kapazitiver Feldeffektsensor mit einer BST-Schicht als alternativem Gatematerial, zur Messung der Elektrolytleitfähigkeit und zur Detektion von geladenen Makromolekülen...

F14 - Drahtlose Anbindung kapazitiver Sensoren durch induktiv gekoppelte Felder

T. Frank, St. Herbst, H. Khan & V. Kiran
Dieser Artikel beschreibt ein Verfahren zur drahtlosen Auswertung kapazitiver Sensoren durch induktiv gekoppelte Felder. Das System besteht aus einem LC-Schwingkreis, welcher einen kapazitiv arbeitenden Sensor enthält. Die Resonanzfrequenz ist abhängig von der variablen Kapazität und somit abhängig von der Messgröße. Über je eine Sende- und Empfangsspule wird der LC-Schwingkreis angeregt und die Resonanzfrequenz ausgewertet. Der LC-Schwingkreis benötigt keinerlei elektrische Zuführungen, er erhält die benötigte elektrische Energie über die induktive Kopplung der Sendespule mit der Induktivität...

F13 - Miniaturisierter energieautarker binärer Sensor auf Basis von feuchtigkeitsempfindlichen Hydrogelen

T. Frank, A. Cyriax, A. Steinke, C. Bellmann, G. Gerlach, R. Sarwar & H. F. Schlaak
Dieser Artikel präsentiert ein Konzept zum energieeffizienten Betreiben autonom vernetzter Sensornetzwerke. Diese benötigen für einen 24/7 Betrieb ein angepasstes Energiemanagement. Durch die entwickelten leistungslosen binären Mikroschalter wird ein eventabhängiges Einschalten des jeweiligen Sensorknotens erreicht. Die Plattform ist für unterschiedliche Messgrößen geeignet. Die direkt aus der Messgröße gewonnene mechanische Energie schaltet im einfachsten Fall mechanisch zwei elektrische Kontakte. Die Funktion wir hier am Beispiel eines realisierten Schwellwertschalters für die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft dokumentiert. Als sensitives...

F12 - Laminiertes Zinndioxid - Restrukturierte FSP Schichten für Sensoranwendungen

J. Kemmler, U. Weimar, S. Schopf, L. Mädler & N. Barsan
Die Sensormaterialherstellung kann eine sehr langwierige Angelegenheit darstellen. Um die bei der Herstellung einhergehenden Probleme zu umgehen und Sensormaterialien möglichst schnell her zu stellen wird hier die Flammensprühpyrolyse genutzt. Mittels dieser Synthesemethode erhält man sehr schnell hochporöse Schichten von Metalloxiden. Diese Schichten weißen Porositäten von bis zu 98% auf und sind mechanisch sehr instabil. Hier zeigen wir die Auswirkungen der Restrukturierung der Oberfläche durch Laminierung in Bezug auf den Grundwiderstand des Sensors und die sensorischen...

F11 - Detektion der Bindung von Biomolekülen an Biohybrid- Hydrogele mittels SPR und elektrokinetischen Messungen

J. Posseckardt, M. Mertig, R. Zimmermann & C. Werner
Biohybrid-Hydrogele aus natürlichen und synthetischen Komponenten werden im Bereich der regenerativen Therapien zunehmend eingesetzt. Die weitere Entwicklung und Anwendung dieser Materialien erfordert neue Möglichkeiten für die In-situ-Detektion der Bindung und Freisetzung von Biomolekülen, z. B. Wachstumsfaktoren. Miniaturisierte Sensoren, die während der Bildungsphase direkt in die Hydrogele integriert werden, können hierzu einen entscheidenden Beitrag leisten. Hier werden erste Ergebnisse für die Erprobung der Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (engl.: surface plasmon resonance, SPR) und der elektrokinetischen Messungen für die Detektion...

F10 - Nanoflower-based SERS active particles for chemosensing

D. Cialla, K. Weber, J. Popp, S. Pahlow & A. März
A new facile method for the modification of magnetic beads with a SERS active substrate is introduced. The technique involves enzymatically induced silver deposition. Horse radish peroxidase is immobilized on streptavidin modified beads using a short biotinylated oligonucleotide as linker molecule. The enzyme induces the reduction of the silver ions to elementary silver, resulting in the growth of flower-like silver nanoparticles on the surface of the magnetic beads. Due to the unique structure of the...

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  • 2013
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