發(fā)酵過(guò)程中瑞士漢密爾頓pH的檢測(cè)及其傳感器

pH傳感器多為組合式pH探頭，由一個(gè)玻璃電極和參比電極組成，通過(guò)一個(gè)位于小的多孔塞上的液體結(jié)合點(diǎn)與培養(yǎng)基連接，多孔塞位于傳感器的側(cè)面。
     pH探頭是一種產(chǎn)生電壓信號(hào)的電化學(xué)元件，其內(nèi)阻相當(dāng)高，因此產(chǎn)生的電位只能由一種高輸入阻抗的直流放大器來(lái)測(cè)量，這種放大器可以獲取微量電流。許多pH計(jì)及控制器都含有合適的放大器。
     實(shí)踐中應(yīng)用可滅菌的由玻璃電極和參比電極組成的pH探頭，該電極的基礎(chǔ)部分是極薄的玻璃膜，它可與水反應(yīng)，形成50-500nm的水合成凝膠層。這一凝膠層存在于膜的兩側(cè)，是正確保養(yǎng)電極的關(guān)鍵部位。凝膠層中的H⁺是流動(dòng)的，膜兩側(cè)離子活度之差會(huì)形成pH相關(guān)電位。
      電極末端的球形元件采用能對(duì)pH產(chǎn)生響應(yīng)的玻璃制成，可將響應(yīng)限定在電極頂端小面積的玻璃膜內(nèi)。通過(guò)在電極的球內(nèi)填充緩沖液來(lái)維持玻璃膜內(nèi)表面的電位恒定，該緩沖液經(jīng)過(guò)測(cè)定，并具有穩(wěn)定的組分和恒定而的H⁺活度。液體中的pH變化會(huì)導(dǎo)致膜外表面的電位發(fā)生變化，因此檢測(cè)時(shí)需要一個(gè)參比電極來(lái)共同構(gòu)成檢測(cè)回路。在這種組合電極中，參比電極是構(gòu)成電極的主要部分，由含有飽和AgCl的KCl電解液中的Ag/AgCl電極組成，這種參比電極一定要與過(guò)程流體直接接觸，因?yàn)樗枰B續(xù)電流，這可以通過(guò)將Cl—電解液與過(guò)程流體相連的橫隔膜來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使微量但連續(xù)的電解液透過(guò)膜而向外流動(dòng)，并能保持連續(xù)，同時(shí)防止污染電極。

pH傳感器的使用：1、校準(zhǔn)2、滅菌3、校準(zhǔn)的檢查發(fā)酵過(guò)程中溶氧的檢查和溶氧電極
      溶氧濃度的檢測(cè)方法主要有三種,zui常用的溶氧檢測(cè)方法是使用可蒸汽滅菌的電化學(xué)檢測(cè)，用膜將電化學(xué)電池與發(fā)酵液隔開。對(duì)溶氧的測(cè)定，重要的一點(diǎn)是膜僅對(duì)O₂有滲透性，而其它可能干擾檢測(cè)的化學(xué)成分不能通過(guò)。
     O₂通過(guò)滲透膜對(duì)發(fā)酵液擴(kuò)散到檢測(cè)器的電化學(xué)電池，O₂在陰極被還原時(shí)會(huì)產(chǎn)生可檢測(cè)的電流或電壓，這與氧氣到達(dá)陰極的速率成比例。需要指出，陰極檢測(cè)到的實(shí)際是O₂到達(dá)陰極的速率，這取決于它到膜外表面的速率、跨膜傳遞的速率以及它從內(nèi)膜表面?zhèn)鬟f到陰極的速率。如果忽略傳感器內(nèi)所有的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，氧氣到達(dá)陰極的速率與氧氣跨膜擴(kuò)散的速率成正比，而且與氧從發(fā)酵液擴(kuò)散到膜表面的速率相等，膜表面的擴(kuò)散速率與氧傳質(zhì)的總濃度驅(qū)動(dòng)力成正比。假定膜內(nèi)表面的氧濃度可以有效的降為零，則擴(kuò)散速率僅與液體中的溶氧濃度，從而使電極測(cè)得的信號(hào)與液體中溶氧濃度成正比。
     實(shí)際發(fā)酵過(guò)程中，有必要對(duì)電極進(jìn)行校準(zhǔn)。電極檢測(cè)的實(shí)際是傳質(zhì)速率，因而需要在發(fā)酵過(guò)程中相同的流體力學(xué)條件下進(jìn)行校準(zhǔn)，而且溶氧電極應(yīng)能耐受滅菌。很明顯，在發(fā)酵開始前在發(fā)酵罐中進(jìn)行校準(zhǔn)。