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Hiden QIC BioStream 多反應器發酵廢氣即時質譜分析系統
QIC BioStream－多反應器發酵廢氣與生物製程質譜分析系統
一套質譜儀即可連續監測多個 Fermenter / Bioreactor 的 Off-Gas、Dissolved Species 與製程代謝資訊
Hiden QIC BioStream 是專為Fermentation、Cell Culture 與 Bioprocess Monitoring所設計的多流路即時質譜分析系統。
系統整合 Hiden Proteus Multi-Stream Selector 與高穩定度 Quadrupole Mass Spectrometer，可對多個發酵槽或生物反應器進行自動化氣體與蒸氣分析，並將 O₂、CO₂、H₂、CH₄ 及其他代謝相關物種轉換為可直接用於製程判斷的即時資訊。
QIC BioStream 系統概述
從單一反應器氣體分析延伸至大量 Parallel Bioreactor 的自動化 Multi-Stream Monitoring。
在 Fermentation 與 Bioprocess Development 中，Off-Gas Analysis 是觀察細胞與微生物代謝狀態的重要工具。
透過連續量測 Reactor Exhaust 中的 O₂、CO₂、H₂、CH₄ 與 Volatile Species，可即時觀察細胞呼吸、基質利用、產物形成以及製程條件改變所造成的代謝反應。
當研究同時使用大量 Parallel Fermenters 或 Bioreactors 時，若每一台反應器都配置獨立分析設備，成本、校正、維護與資料一致性都會成為問題。
QIC BioStream 利用 Hiden Proteus Multi-Stream Selector，使單一 Mass Spectrometer 能依設定順序自動分析多個反應器，大幅簡化多反應器研究與 Process Development。
Proteus 多流路自動選擇系統
可依研究規模建立多通道自動分析流程，最高支援 80 個 Bioreactor Streams。
Multi-Stream Bioreactor Monitoring
Proteus 是 QIC BioStream 多流路架構的核心，可利用 Programmable Sequence Control 自動切換不同 Sample Streams。
依系統與流量配置，可建立 8、20、40 或 80 Stream 架構；其中大型 Multi-Reactor 系統最高可連接 80 個反應器。
不同 Streams 可依實驗用途分配至 Off-Gas Analysis 或 Dissolved Species Analysis，使同一分析平台可支援不同類型的 Bioprocess Measurement。
QIC BioStream 主要規格與能力
依 Hiden 現行 QIC BioStream 產品定位與技術資料整理。
| System Type | Multi-Stream Fermentation / Bioprocess Mass Spectrometer |
|---|---|
| Stream Configuration | 依系統配置可提供 8、20、40 或 80 Streams |
| Maximum Reactor Capacity | 最高可連接 80 個 Bioreactor / Fermenter Streams |
| Multi-Stream Selector | Hiden Proteus Automatic Multi-Stream Selector |
| Stream Switching | 典型單流切換時間低於 10 秒 |
| High-Flow Configuration | Sample Flow 最高約 12 L/min |
| Low-Flow Configuration | 適合 Small Volume Reactors，典型 Sample Flow 約 4 ml/min |
| Quantitative Species | 可連續定量分析最多 32 Species |
| Concentration Range | 依分析條件可涵蓋約 5 ppb 至 100% |
| Derived Bioprocess Parameters | OUR / CER / RQ |
| Data Interface | 支援 OPC Data Output 與 Process Data Integration |
QIC 快速氣體與蒸氣取樣技術
Quartz / Platinum Wetted Surfaces、加熱式傳輸與低死體積設計，改善發酵 Off-Gas 的 Response 與 Recovery。
QIC BioStream 採用 Hiden Quartz Inert Capillary（QIC）Sampling Technology，利用惰性 Wetted Surfaces 與 Heated Capillary 將 Fermenter Off-Gas 快速輸送至 Mass Spectrometer。
- Quartz / Platinum Wetted Surfaces
- Heated Capillary Sampling
- Minimal Internal Volume
- Fast Response to Permanent Gases
- Fast Response to Vapours
- 降低 Memory Effect
- 降低 Condensation Effects
- 改善 Response / Recovery Behaviour
這些特性對 Fermentation Off-Gas 尤其重要，因為樣品除了 Permanent Gases 外，也可能包含 Water Vapour、Alcohols 與其他 Volatile Metabolites。
為何需要 Multi-Stream Bioreactor Analysis？
在同一分析器、同一校正與同一測量架構下比較不同培養條件。
Parallel Fermentation
同時比較不同 Strain、Medium、Feed Strategy、Temperature 或 pH 條件。
Process Development
快速篩選與比較不同製程參數對 Cell Growth、Metabolism 與 Product Yield 的影響。
High-Throughput Bioprocess
使用單一分析平台監測大量小型或中型 Bioreactors，減少設備與校正負擔。
Scale-Up Studies
比較不同 Reactor Scale 下的 Gas Exchange 與 Metabolic Behaviour。
OUR、CER 與 RQ 製程參數
從 O₂ / CO₂ 即時氣體資料進一步取得可用於生物製程判斷的代謝指標。
OUR
Oxygen Uptake Rate
氧氣消耗速率，用於評估細胞或微生物的 Respiration 與 Metabolic Activity。
CER
Carbon Dioxide Evolution Rate
二氧化碳生成速率，可反映 Fermentation Activity 與 Cellular Metabolism。
RQ
Respiratory Quotient
利用 CO₂ Evolution 與 O₂ Uptake 的比例觀察代謝狀態與製程變化。
Hiden QIC BioStream 可透過 OPC 將 Raw、Corrected 或 Concentration Data，以及 OUR、CER、RQ 等 Derived Values 輸出至外部 Process Control 或 Data Acquisition System。
即時定量氣體與蒸氣分析
從 Mass Spectrometer Ion Signal 直接轉換為可用於 Bioprocess Monitoring 的 Concentration Data。
QIC BioStream 搭配 Hiden Quantitative Gas Analysis Software，提供 Automatic Calibration Routines、Gas / Vapour Mass Spectral Libraries 與 Spectral Overlap Correction。
系統可連續定量分析最多 32 Species，並將分析結果直接轉換為 Concentration Data。
這對 Fermentation Off-Gas 特別重要，因為 O₂、CO₂、N₂、H₂、CH₄、Water Vapour 以及各種 Volatile Metabolites 可能同時存在於複雜 Gas Mixture 中。
QIC BioStream 典型應用
從研發型 Parallel Bioreactors 到生物製程 Scale-Up 與 Process Monitoring。
Fermentation 發酵製程
即時監測 O₂、CO₂、H₂、CH₄ 與 Volatile Metabolites，掌握微生物發酵行為。
Cell Culture 細胞培養
利用 Off-Gas Trend 觀察 Cell Respiration、Growth 與製程狀態。
Biopharmaceutical
應用於生物製藥 Process Development、Scale-Up 與製程最佳化。
Industrial Biotechnology
Biofuel、Bioplastic、Biochemical 與其他 Bio-Based Product 的 Fermentation Research。
Food Fermentation
食品發酵、Alternative Protein 與其他需要氣體代謝監測的 Food Biotechnology。
Synthetic Biology
比較不同 Engineered Strain 或 Cell Factory 的生長、代謝與 Product Formation。
Aerobic Processes
監測 O₂ Uptake、CO₂ Evolution 與 Aerobic Metabolism。
Anaerobic Processes
分析 H₂、CH₄、CO₂ 與其他 Anaerobic Fermentation Gas Species。
揮發性代謝物與 Soft Ionisation
除了 O₂ / CO₂，也能監測與 Fermentation 相關的氣體與 Volatile Products。
Mass Spectrometry 的優勢是不限於單純 O₂ 與 CO₂ Measurement，還可依研究需求加入 H₂、CH₄、N₂、Alcohols 及其他 Volatile Compounds。
當不同 Organic Vapours 具有相似 Fragmentation Pattern 時，可利用適當的 Ionisation Conditions 降低不必要的 Fragmentation，使複雜 Fermentation Gas Spectrum 更容易解析。
PAT 與製程資料整合
將質譜資料轉換為可與 Bioreactor、PLC、SCADA 或 Process Historian 整合的即時 Process Data。
BioStream 可提供 OPC Connectivity，使每一個 Active Stream 的 Gas Concentration 與 Derived Parameters 能作為 Process Data Tags 輸出。
因此除了研究用途，也適合需要 Process Analytical Technology（PAT）、Process Development 與 Advanced Bioprocess Monitoring 的應用。
質譜資料可與 pH、Dissolved Oxygen、Temperature、Agitation、Gas Flow、Feed Rate 等 Bioreactor Parameters 進行同步比較，建立更完整的 Process Understanding。
Hiden 即時氣體分析影片
Real Time Gas Analysis from Hiden Analytical
恩詠有限公司－Hiden QIC BioStream 多反應器生物製程氣體分析系統規劃
QIC BioStream 的系統配置需同時考量 Reactor 數量、Sample Flow、Off-Gas Composition、Water Vapour、Volatile Metabolites、Stream Switching Frequency、Quantitative Analysis 與 Process Data Integration。
恩詠有限公司可依客戶的Fermenter / Bioreactor 數量、反應器體積、Gas Flow、分析氣體種類、VOC 成分、20 / 40 / 80 Stream Configuration、OUR / CER / RQ、OPC、PAT 與外部 Process Control 整合需求，協助評估適合的 Hiden QIC BioStream 系統配置。