Was ist der Unterschied zwischen einem IR- und einem TC-CO2-Sensor?

Um beim Züchten von Zellkulturen ein ordnungsgemäßes Wachstum zu gewährleisten, müssen Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO2-Gehalt kontrolliert werden. Der CO2-Gehalt ist wichtig, da er zur Kontrolle des pH-Werts des Kulturmediums beiträgt. Bei zu viel CO2 wird das Medium zu sauer. Bei zu wenig CO2 wird es alkalischer.

In Ihrem CO2-Inkubator wird der CO2-Gehalt im Medium durch die CO2-Zufuhr in der Kammer reguliert. Die Frage ist: Woher „weiß“ das System, wie viel CO2 hinzugefügt werden muss? Hier kommen CO2-Sensortechnologien ins Spiel.

Es gibt zwei Haupttypen, jeder mit seinen Vor- und Nachteilen:

* Die Wärmeleitfähigkeitsmessung nutzt einen thermischen Widerstand zur Bestimmung der Gaszusammensetzung. Sie ist die kostengünstigere, aber auch weniger zuverlässige Option.

* Infrarot-CO2-Sensoren verwenden Infrarotlicht, um die CO2-Menge in der Kammer zu messen. Dieser Sensortyp ist teurer, aber genauer.

In diesem Beitrag erklären wir diese beiden Sensortypen genauer und erörtern die praktischen Auswirkungen jedes einzelnen.

Wärmeleitfähigkeits-CO2-Sensor

Die Wärmeleitfähigkeit misst den elektrischen Widerstand in der Atmosphäre. Der Sensor besteht typischerweise aus zwei Zellen, von denen eine mit Luft aus der Wachstumskammer gefüllt ist. Die andere ist eine versiegelte Zelle, die eine Referenzatmosphäre bei kontrollierter Temperatur enthält. Jede Zelle enthält einen Thermistor (einen thermischen Widerstand), dessen Widerstand sich mit Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Gaszusammensetzung ändert.

Eine Darstellung eines Wärmeleitfähigkeitssensors

Wenn Temperatur und Luftfeuchtigkeit in beiden Zellen gleich sind, misst der Widerstandsunterschied die unterschiedliche Gaszusammensetzung und spiegelt in diesem Fall den CO2-Gehalt in der Kammer wider. Wird ein Unterschied festgestellt, wird das System aufgefordert, mehr CO2 in die Kammer zu geben.

Eine Darstellung eines Wärmeleitfähigkeitssensors.

Wärmeleiter sind eine kostengünstige Alternative zu IR-Sensoren, die wir weiter unten besprechen. Sie haben jedoch auch ihre Nachteile. Da die Widerstandsdifferenz nicht nur vom CO2-Gehalt beeinflusst werden kann, sollten Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Kammer stets konstant sein, damit das System ordnungsgemäß funktioniert.

Das bedeutet, dass jedes Mal, wenn die Tür geöffnet wird und Temperatur und Luftfeuchtigkeit schwanken, ungenaue Messwerte ausgegeben werden. Tatsächlich sind die Messwerte erst dann genau, wenn sich die Atmosphäre stabilisiert hat, was eine halbe Stunde oder länger dauern kann. Wärmeleiter mögen für die Langzeitlagerung von Kulturen geeignet sein, sind aber weniger geeignet, wenn die Tür häufig (mehr als einmal pro Tag) geöffnet wird.

Infrarot-CO2-Sensoren

Infrarotsensoren erfassen die Gasmenge in der Kammer auf eine völlig andere Art und Weise. Diese Sensoren basieren auf der Tatsache, dass CO2, wie andere Gase auch, eine bestimmte Wellenlänge des Lichts absorbiert, genauer gesagt 4,3 μm.

Eine Darstellung eines Infrarotsensors

Der Sensor kann den CO2-Gehalt der Atmosphäre ermitteln, indem er die Menge des 4,3 μm großen Lichts misst, das die Atmosphäre durchdringt. Der große Unterschied besteht darin, dass die erfasste Lichtmenge nicht von anderen Faktoren wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit abhängt, wie dies beim Wärmewiderstand der Fall ist.

Das bedeutet, dass Sie die Tür beliebig oft öffnen können und der Sensor immer einen genauen Messwert liefert. Dadurch wird der CO2-Gehalt in der Kammer konstanter und die Probenstabilität verbessert.

Obwohl die Preise für Infrarotsensoren gesunken sind, stellen sie immer noch eine teurere Alternative zu Wärmeleitfähigkeitssensoren dar. Bedenkt man jedoch die Kosten der geringeren Produktivität bei der Verwendung eines Wärmeleitfähigkeitssensors, kann die IR-Option finanziell durchaus sinnvoll sein.

Beide Sensortypen können den CO2-Gehalt in der Inkubatorkammer messen. Der Hauptunterschied zwischen beiden besteht darin, dass ein Temperatursensor von mehreren Faktoren beeinflusst werden kann, während ein IR-Sensor ausschließlich vom CO2-Gehalt beeinflusst wird.

Dadurch sind IR-CO2-Sensoren genauer und daher in den meisten Situationen vorzuziehen. Sie sind zwar tendenziell teurer, werden aber mit der Zeit immer günstiger.

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Veröffentlichungszeit: 24. August 2023

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