发酵过程中瑞士汉密尔顿pH的检测及其传感器

pH传感器多为组合式pH探头，由一个玻璃电极和参比电极组成，通过一个位于小的多孔塞上的液体结合点与培养基连接，多孔塞位于传感器的侧面。
     pH探头是一种产生电压信号的电化学元件，其内阻相当高，因此产生的电位只能由一种高输入阻抗的直流放大器来测量，这种放大器可以获取微量电流。许多pH计及控制器都含有合适的放大器。
     实践中应用可灭菌的由玻璃电极和参比电极组成的pH探头，该电极的基础部分是极薄的玻璃膜，它可与水反应，形成50-500nm的水合成凝胶层。这一凝胶层存在于膜的两侧，是正确保养电极的关键部位。凝胶层中的H⁺是流动的，膜两侧离子活度之差会形成pH相关电位。
      电极末端的球形元件采用能对pH产生响应的玻璃制成，可将响应限定在电极顶端小面积的玻璃膜内。通过在电极的球内填充缓冲液来维持玻璃膜内表面的电位恒定，该缓冲液经过测定，并具有稳定的组分和恒定而的H⁺活度。液体中的pH变化会导致膜外表面的电位发生变化，因此检测时需要一个参比电极来共同构成检测回路。在这种组合电极中，参比电极是构成电极的主要部分，由含有饱和AgCl的KCl电解液中的Ag/AgCl电极组成，这种参比电极一定要与过程流体直接接触，因为它需要连续电流，这可以通过将Cl—电解液与过程流体相连的横隔膜来实现，从而使微量但连续的电解液透过膜而向外流动，并能保持连续，同时防止污染电极。

pH传感器的使用：1、校准2、灭菌3、校准的检查发酵过程中溶氧的检查和溶氧电极
      溶氧浓度的检测方法主要有三种,zui常用的溶氧检测方法是使用可蒸汽灭菌的电化学检测，用膜将电化学电池与发酵液隔开。对溶氧的测定，重要的一点是膜仅对O₂有渗透性，而其它可能干扰检测的化学成分不能通过。
     O₂通过渗透膜对发酵液扩散到检测器的电化学电池，O₂在阴极被还原时会产生可检测的电流或电压，这与氧气到达阴极的速率成比例。需要指出，阴极检测到的实际是O₂到达阴极的速率，这取决于它到膜外表面的速率、跨膜传递的速率以及它从内膜表面传递到阴极的速率。如果忽略传感器内所有的动态效应，氧气到达阴极的速率与氧气跨膜扩散的速率成正比，而且与氧从发酵液扩散到膜表面的速率相等，膜表面的扩散速率与氧传质的总浓度驱动力成正比。假定膜内表面的氧浓度可以有效的降为零，则扩散速率仅与液体中的溶氧浓度，从而使电极测得的信号与液体中溶氧浓度成正比。
     实际发酵过程中，有必要对电极进行校准。电极检测的实际是传质速率，因而需要在发酵过程中相同的流体力学条件下进行校准，而且溶氧电极应能耐受灭菌。很明显，在发酵开始前在发酵罐中进行校准。