Worin besteht der Unterschied zwischen dem TC-Sensor und dem IR-Sensor in einem CO₂-Inkubator?

Für ein optimales Wachstum von Zellkulturen müssen Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO₂-Gehalt kontrolliert werden. Der CO₂-Gehalt ist wichtig, da er den pH-Wert des Kulturmediums reguliert. Ein zu hoher CO₂-Gehalt führt zu einem zu sauren, ein zu niedriger zu einem zu alkalischen Milieu.

In IhremCO2-InkubatorDer CO₂-Gehalt im Medium wird 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 zum Einsatz.

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

Die Wärmeleitfähigkeitsmessung nutzt einen Wärmewiderstand zur Bestimmung der Gaszusammensetzung. Sie ist die kostengünstigere, aber auch weniger zuverlässige Methode.

Infrarot-CO₂-Sensoren nutzen Infrarotlicht, um die CO₂-Menge in der Kammer zu messen. Diese Sensorart ist zwar teurer, aber genauer.

In diesem Beitrag werden wir diese beiden Sensortypen genauer erläutern und die praktischen Auswirkungen der einzelnen Typen diskutieren.

Wärmeleitfähigkeits-CO2-Sensor

Die Wärmeleitfähigkeit wird durch Messung des elektrischen Widerstands in der Atmosphäre bestimmt. Der Sensor besteht typischerweise aus zwei Zellen. Eine Zelle ist mit Luft aus der Wachstumskammer gefüllt. Die andere Zelle ist versiegelt und enthält eine Referenzatmosphäre mit kontrollierter Temperatur. Jede Zelle enthält einen Thermistor (einen thermischen Widerstand), dessen Widerstand sich mit Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Gaszusammensetzung ändert.

Eine Darstellung eines Wärmeleitfähigkeitssensors

Sind Temperatur und Luftfeuchtigkeit in beiden Zellen gleich, misst die Widerstandsdifferenz die Unterschiede in der Gaszusammensetzung und spiegelt in diesem Fall den CO₂-Gehalt in der Kammer wider. Wird eine Differenz festgestellt, fordert das System die Zufuhr von CO₂ in die Kammer an.

Eine Darstellung eines Wärmeleitfähigkeitssensors.

Thermische Leiter stellen eine kostengünstige Alternative zu Infrarotsensoren dar, die wir weiter unten besprechen werden. Allerdings weisen sie auch Nachteile auf. Da die Widerstandsdifferenz neben dem CO₂-Gehalt auch von anderen Faktoren beeinflusst werden kann, müssen Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Kammer stets konstant sein, damit das System einwandfrei funktioniert.

Das bedeutet, dass jedes Öffnen der Tür und die damit verbundenen Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen zu ungenauen Messwerten führen. Tatsächlich sind die Messwerte erst dann genau, wenn sich die Atmosphäre stabilisiert hat, was eine halbe Stunde oder länger dauern kann. Wärmeleiter eignen sich zwar für die Langzeitlagerung von Kulturen, sind aber weniger geeignet für Situationen, in denen die Tür häufig (mehr als einmal täglich) geöffnet wird.

Infrarot-CO2-Sensoren

Infrarotsensoren erfassen die Gasmenge in der Kammer auf völlig andere Weise. Diese Sensoren nutzen die Tatsache, dass CO₂, wie andere Gase auch, Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbiert, genauer gesagt bei 4,3 μm.

Eine Darstellung eines Infrarotsensors

Der Sensor kann den CO₂-Gehalt der Atmosphäre messen, indem er die Lichtmenge bestimmt, die 4,3 μm Licht durch ihn hindurchtritt. Der große Unterschied besteht darin, dass die gemessene Lichtmenge – anders als beim Wärmewiderstand – nicht von anderen Faktoren wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit abhängt.

Das bedeutet, Sie können die Tür beliebig oft öffnen, und der Sensor liefert stets präzise Messwerte. Dadurch erhalten Sie einen konstanteren CO₂-Gehalt in der Kammer, was eine bessere Stabilität Ihrer Proben zur Folge hat.

Obwohl Infrarotsensoren günstiger geworden sind, stellen sie immer noch eine kostspieligere Alternative zu Wärmeleitfähigkeitssensoren dar. Berücksichtigt man jedoch die Produktivitätseinbußen, die durch den Einsatz von Wärmeleitfähigkeitssensoren entstehen, kann die Infrarotoption aus finanzieller Sicht durchaus sinnvoll sein.

Beide Sensortypen können den CO₂-Gehalt in der Inkubatorkammer messen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein Temperatursensor von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden kann, während ein Infrarotsensor ausschließlich vom CO₂-Gehalt abhängt.

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

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Veröffentlichungsdatum: 03.01.2024

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