Modernisierung der Nährstoffanalyse in universitären Forschungslaboren – Automatisierung, Zuverlässigkeit und Support

Als Prof. Benjamin Southwell und sein Team am LSSU’s Superior Analytics Lab der Lake Superior State University (LSSU) ihr Umweltanalyselabor modernisieren wollten, war ihr Ziel klar: die Durchsatzleistung erhöhen, die Reproduzierbarkeit der Nährstoffanalysen verbessern und gleichzeitig die nächste Generation von Chemiker:innen ausbilden. Wie viele universitäre Wasser- und Bodenlabore war ihr Team noch stark von klassischen nasschemischen Methoden abhängig, insbesondere bei komplexen Analysen wie der Bestimmung des Gesamtnitrogens nach Kjeldahl (TKN).

In den letzten zehn Jahren hat SEAL Analytical die Transformation von LSSU entscheidend unterstützt – beginnend mit dem ersten diskreten Analysator bis hin zu einem Multi-Instrument-System, das flexibel mit den wachsenden Anforderungen skaliert.

Sehen Sie sich das Videointerview mit Benjamin Southwell, außerordentlicher Professor an der Lake Superior State University, an:

Das Problem: Zeitaufwändige manuelle TKN-Analysen

Es gibt Tage, an denen ein kleiner Fehler die Arbeit des gesamten Tages zunichte machen kann – das kann frustrierend für das Team sein.

Zum Zeitpunkt der Laborerweiterung bearbeitete LSSU etwa 10–15 TKN-Proben pro Tag über manuelle Kjeldahl-Digestion und nasschemische Methoden. Für ein universitäres Labor, das Lehre und Auftragstests kombiniert, ergaben sich zwei zentrale Engpässe:

• Begrenzter Durchsatz: Das Labor konnte die Probeneingänge externer Kunden nicht skalieren.

• Schulungslücken: Studierende hatten häufig Schwierigkeiten mit der Komplexität und Inkonsistenz manueller Arbeitsabläufe.

Selbst erfahrene Techniker:innen riskierten, durch einen einzigen Fehler während der Digestion oder Analyse einen ganzen Arbeitstag zu verlieren.

Automatisierung der Nährstoffanalyse mit AQ1 und Walk-Away-Digestion

2013 implementierte LSSU den ersten AQ1 Discrete Analyzer und überführte zentrale Nährstofftests wie Nitrat, Nitrit, Ammonium, Phosphat und TKN auf eine automatisierte Plattform. Der AQ1 bot:

• Schnellere Analyse: Reduzierte Analysezeit pro Probe

• Reproduzierbare Ergebnisse: Konsistente Daten über verschiedene Anwender:innen hinweg

• Bessere Lernerfahrung: Einfachere Einarbeitung und Schulung in automatisierte Arbeitsabläufe

• Geringerer Verbrauch von Chemikalien: Weniger als 1 mL Proben- und Reagenzienvolumen pro Test

Besonders hervorzuheben ist jedoch der SEAL-Support: „Sie sind immer erreichbar, helfen sofort und begleiten uns Schritt für Schritt, um das Gerät wieder in Betrieb zu nehmen“, so Southwell.

Zur weiteren Optimierung der TKN-Analyse wurde das BD50 Block-Digestionssystem in den Workflow integriert. Es ermöglicht eine Walk-Away-Kjeldahl-Digestion, reduziert den zeitaufwendigsten und fehleranfälligsten Schritt erheblich und schafft Freiräume für andere Aufgaben.

Skalierung mit AQ300 und Walk-Away-Digestion

…wir haben unseren Durchsatz im Hinblick auf die Probenanalyse deutlich gesteigert.

Mit zunehmendem Probeneingang und wachsendem Forschungsbedarf investierte LSSU 2019 in einen AQ300 Discrete Analyzer, gefolgt von einem zweiten System 2021. Die neuen Analysatoren ermöglichten:

• Parallele Verarbeitung: Zwei AQ300-Systeme gleichzeitig für mehr Flexibilität

• Höherer Durchsatz: Über 100 TKN-Proben pro Tag – zuvor 10–15 bei manuellen Methoden – plus zusätzliche Tests anderer Parameter

• Einfache Wartung und Übernacht-Automation: Verbesserte Nutzerfreundlichkeit und automatisierte Abläufe

Obwohl das AQ1 mehrere Tests pro Durchlauf durchführen konnte, führte die hohe Anzahl eingehender TKN-Proben und die geringere Systemgeschwindigkeit dazu, dass in der Regel nur eine Analyse gleichzeitig durchgeführt wurde. Mit dem höheren Durchsatz des AQ300 und der Verfügbarkeit zweier Systeme wurde die Analyse mehrerer Parameter in einem einzigen Durchlauf für Southwell und seine Studenten zum Standard.

„Unsere große Veränderung war die Möglichkeit, mehrere Analysen gleichzeitig durchzuführen. Die AQ300 erlaubt uns, verschiedene Chemien parallel zu testen. Wir laden die Proben, starten den Prozess und können ihn einfach laufen lassen. So haben wir den Durchsatz enorm gesteigert“, erklärt Southwell.”

Langfristiger Nutzen für Forschung und Lehre

Seit der Umstellung auf automatisierte Nährstoffanalysen mit SEAL-Systemen hat LSSU:

• Den Durchsatz verzehnfacht, was größere Projekte ermöglicht

• Kosten gesenkt durch reduzierten Chemikalienverbrauch

• Studierende befähigt, mit praxisnahen Instrumenten zu arbeiten

• Ein nachhaltiges Laborbetriebskonzept geschaffen, das Lehre und Forschungsaufträge vereint

• Verlässliche Datenqualität und Reproduzierbarkeit sichergestellt, auch bei wechselndem Personal

„Ich kann SEAL Analytical uneingeschränkt empfehlen – sowohl technologisch als auch im Kundenservice. Der AQ300 arbeitet in unserem Labor zuverlässig und konstant“, so Southwell.

Entdecken Sie die Systeme, die LSSU erfolgreich machen

Bereit, Ihr Labor zu modernisieren und die Nährstoffanalyse effizienter zu gestalten? Ob in Lehre, Forschungsprojekten oder Auftragsanalytik – die Nährstoffanalysatoren und Digestionssysteme von SEAL Analytical sind speziell für universitäre Forschungsumgebungen entwickelt.

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