Extrel MAX300-LG Labor-Massenspektrometer

Das Extrel®- Massenspektrometer MAX300TM-LG ist speziell kon­zi­piert für die Konzentrations­analyse von Gasgemischen. Das Gerät analysiert die Zusammensetzung innerhalb von Sekunden. Prinzi­piell sind alle Komponenten zwischen wenigen ppb und 100 % mess­bar.
Die patent-geschützte Questor®-Software errechnet mit Hilfe eines line­aren Gleichungs­systems die gemessenen Massenintensitäten direkt in Konzentrationswerte um, wobei Überlagerungen von Massen­peaks berücksichtigt werden.

Konzentrationswerte bzw. daraus ableitbare Kenngrößen werden via Ethernet zur Verfügung gestellt.
Applikationen können vom Anwender problemlos selbst er­stellt wer­den. Ebenso kann die existierende Applikation um Mess­kom­po­nenten erweitert oder verkleinert werden. Somit lässt sich das Gerät an andere bzw erweiterte Aufgaben an­passen.
Die Steuerungssoftware ist 21 CFR, Part 11-kompatibel.

Mit dem Softwarepaket MerlinTM können Scans von Massen­inten­si­täten beliebig konfiguriert bzw. auf kürzeste Messzeiten (80 ms) op­ti­miert werden. Die zugehörigen Messergebnisse stehen als analoges Spannungssignal mit 12 bit Auflösung zur Verfügung, bzw digital via RS232.

Extrel® ist ein registriertes Handelszeichen der Extrel CMS, LLC, 575 Epsilon Drive, Pittsburgh, PA 15238 USA.
MAX300™ ist ein Handelszeichen der Extrel CMS, LCC, 575 Epsilon Drive, Pittsburgh, PA 15238 USA.

 

Anwendungen

Fermentation Prozessführung mit einem Quadrupol-Prozess-Massenspektrometer

Massenspektrometer (MS) werden häufig zur Überwachung und/oder Steuerung von Fermentationsprozessen eingesetzt.

Dabei sind es die kurze Ansprechzeit, die hohe Genauigkeit und die Fähigkeit zur Analyse der inerten Komponenten Stickstoff oder Argon, die ein MS zu einem idealen Werkzeug für diese Aufgabe machen, weil die hohe Messrate in eine große Anzahl an Messstellen umgemünzt werden kann. Somit kann ein Gerät zur Überwachung von ca 60 Fermentern eingesetzt werden wobei nur ein Gerät zu pflegen zu kalibrieren und zu warten ist.

Bei kritischen Abläufen im pharmazeutischen Bereich, wo sehr teure Produkte hergestellt werden, kann infolge der hohen Abtastrate ein Prozess schneller nachgeführt , damit die Parametervarianz verengt und somit Ausbeute oder Qualität deutlich verbessert werden.

Prozess-Gas-Analysator für Bioreaktoren und Fermentation:

  • Messung von CO2, O2, aber auch von Alkoholen und Produkten
  • Messung von N2, Ar für die Bilanzierung des Prozesses,
    d.h. Erfassung der Sauerstoffspeicherung im Organismus
  • Probenahme ohne Kontaminationsrisiko
  • Berechnung von Kontrollparametern in Echtzeit (z.B. Respirationsquotient)
  • Mehrpunbkt probenahmen bis zu 80 Messstellen
  • Hohe Genauigkeit für optimale Prozessautomatisierung
  • Geringer Wartungsaufwand (Kalibrierung, etc.)
  • Methoden für alle Scale-up-Stufen einsetzbar,
    (Labor, Pilotanlage, Produktion)

 

Atemluft

Mit der direkten Anbindung der Spezialkapillaren mit 2 m Länge und einem Durchmesser von 0,15 mm an die Vorvakuumpumpe wird das MAX300 zum idealen Werkzeug für die Untersuchung der Lungenfunktion Messaufgabe machen.

Dabei zeichnen folgende Eigenschaften ein Massenspektrometer gegenüber anderen Analysenverfahren aus:

  • Das MS misst alle relevanten Gaskomponenten O2, CO2, Ar und N2.
  • Die Response-Time von 85 ms erlaubt die Auflösung eines Atemzugs in 400 Schritten
  • Es benötigt sehr wenig Messgas, so dass der normale Atemablauf durch die Messung nicht gestört wird
  • Über die Stickstoffbilanz kann der erweiterte Respirationsquotient RQ ohne Flussmessung präzise ermittelt werden.
  • Zudem kann die Messung ohne zusätzlichen apparativen Aufwand jederzeit auf flüchtige organische Verbindungen ausgedehent werden, um beispielsweise Biomarker im Spurenbereich bis 10 ppb zu erfassen.

Fragestellungen zur Atmung bzw. zum Stoffwechsel-Untersuchungen finden sich auf auf sehr vielen Gebieten:

  • in der Untersuchung des Stoffwechsels unter anderen Druckbedingungen
    • Niederdruck: z.B. zur Simulation großer Höhen im Hochgebirge oder in der Luftfahrt bzw.
    • Hochdruck: in der Tauchtechnik
  • im Leistungssport
  • in der Medizin
    • zur wissenschaftlichen Erforschung der Ernährung und des Stoffwechsels (z.B. Diabetes)
    • zu diagnostische Zwecken ( Lungenkrebs, TBC, Stofwechselerkrankung)

 

Komponente Konzentrationsbereich in % Bestimmungs- Masse (in au)

 

Std-Abweichungσ (in ppm)

 

minimal maximal
Kohlendioxid 0 10 44 40
Sauerstoff 15 25 32 150
Wasserdampf 0 2,5 18 55
Stickstoff 70 80 28 270
Argon 0,5 2 40 25

Literatur: Ran Arieli, Respiratory Physiology & Neurobiology 170 (2010) 183-184

Technische Daten

Spezifikation
Massen Selektor Quadrupol Massen-Filter,
zylindrische Stabelektroden mit 19 mm Durchmesser
Massenbereich 2 bis 250 AMU (Standard) 300 AMU (optional)
Ionisierung Elektronen-Stoß-Ionisierung
Elektronenquellen zwei Filamente: ein Betriebs- und ein Stand-by-Filament
mit automatischer Umschaltung bei Ausfall
Detektoren Faraday-Detektor, alternativ Kombination Faraday-Detektor und Elektronen-Vervielfacher (SEV)
Gaseinlass in Vakuumsystem je nach Applikation z.B. via Edelstahl-Kapillare, Glaskapillare
Vakuumsystem Wartungs- und kontaminationsarme Turbovakuumpumpe
mit Stomausfallsicherung über Ventile zur Abschottung
und nachträglicher kontrollierter Belüftung
Nachweisgrenze Für Komponenten ohne spektrale Überlagerungen,
bei einer Messdauer von 400 ms je Massepunkt:
Faraday-Detektor: 10 ppm (parts per million).
Elektronen-Vervielfacher: 10 ppb (parts per billion).
Messbereichs-Dynamik Doppel-Detektor (Faraday/SEV): Acht Zehnerpotenzen
Faraday Detektor: Fünf Zehnerpotenzen
Messbereichsgrenze: 100%
mit Questor-Software zur Konzentrationsanalyse
Analysen-Genauigkeit ± 0,0025 absolut, basierend auf einer Argon-Konzentration von 1%, ohne Querempfindlichkeiten (0,25% relative Standardabweichung).
Stabilität / Drift ± 0,005 absolut in 30 Tagen, basierend auf einer Ar-Konzentration von 1%, ohne Querempfindlichkeiten (0,25% relative Standardabweichung).
Analysen-Dauer 400 Millisekunden je Komponente
Daten-System Kontroll-Software Paket für Gasanalyse
Datentransfer TCP/IP, Ethernet, OPC
Energieversorgung Dauerleistung 700W, Maximalleistung: 770 W
100 – 120 VAC, 50/60 Hz. 10 A, Wechselstrom
200 – 240 VAC, 50/60 Hz, 10 A, Wechselstrom
Vakuum-System geschützt gegen Ausfall der Stromversorgung
Gewicht 75 kg
Kompatibilität zu 21 CFR, Part 11 (US Food and Drug Administration)
Questor-Software ermöglicht Trend und Messwertausgabe, Definition und Ausgabe von beliebigen abgeleiteten Werten, programmierbare Alarmschwellen, frei programmierbare Abfolge der Vielpunktprobenahme
mit MerlinTM-Software zur wissenschaftlichen Massenspektrometrie
Mess-Modi Massenbereich-Scan bzw. Einzelmassen-Monitoring (SIM)
Mess-Rate max. 80 ms für eine n Probe, bzw. 5 ms im Einzelmassen-Monitoring
Anzahl Massen 72 amu in 20 Segmenten
Analog Ausgänge 10, alternativ 20 Kanäle, 12 bit, 0 bis 10 V bzw. -10V bis +10V
Digital Ein-/Ausgänge 8 Eingänge, 8 Ausgänge (1 bit TTL-Pegel)
Vorläufiges Datenblatt, technische Änderungen vorbehalten

Technische Datenblätter