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在發酵溶氧電的應用中有幾個問題值得注意

點擊次數:2600  更新時間:2017-07-25
發酵溶氧電,是表征水溶液中氧的濃度的參數。溶氧電是一種基于譜原理的測定溶解在液體中的氧的電流型電
1.發酵溶氧電的分類
測定DO的方法有多種:如化學Winkler法,電方法,質譜儀等。這里主要介紹電方法。溶氧電zui早是由Clark(1956)發明的。它是由一透氣薄膜復蓋的電流型電。
DO電可分為兩類:原電池(Galvanic)型和譜(Polargrafic)型。
2.發酵溶氧電DO電測定原理
原電池型:一般由貴金屬,如白金、金或銀構成陰;由鉛構成陽。在電解質如KCl或醋酸鉛存在下便形成PbCl2或Pb(AcO)2,原電池型電無需外加電壓。
譜(Polargrafic)型電需要外加0.6-0.8V的化電壓。一般由貴金屬,如白金或金構成陰;由銀構成陽。譜型電需外加一恒定的電壓,電解質參與了反應,因此,在一定的時間間隔必須補充電解質。
譜型與原電池型的區別
譜型電一般壽命較長,但價格較貴。輸出電流相差數量級。電響應時間一般為90S。用來測定Kla或過渡現象似乎較困難。有些電的響應可以做到30S以下。譜型電的陰表面做得很小,一般其直徑在1-50μm的范圍,形成的還原電流在n*,因此,需要專門的電子放大裝置。一般陰材料的要求很高,如白金或銀純度在99.999%以上。
原電池型電的表面要求平面光滑,其面積大小與還原電流成正比。一般直徑采用5-10mm.。其還原電流在28℃時為5-25μA,因此,不用專門的電子放大器便可通過串聯一電位器直接接到全程5或10mV的自動電位差記錄儀上。原電池型的陽材料同樣要求很高,純度在99.999%以上。一般陽作成圓筒狀,其表面積需陰面積大數十倍,這對譜型電容易做到,故它可以做得較小。原電池型的陽就得大許多,才能滿足這種比例要求。
DO電結構:一般由陰、陽、電解質和塑料薄膜構成。
電解質:一般對電解質的配方視為機密,商家不易公開。電解質的配制很講究,需用無離子水,一些污染的離子會嚴重影響電的性能。所用藥品試劑要求至少用AR級的。電解質有用,KOH;KCl,Pb(AcO)2等。
薄膜:一般采用聚四氟乙烯(F4)或聚四氟乙烯-聚六氟丙烯的共聚體,也曾用聚氯丙烯,聚乙烯,聚丙烯等。其主要性能符合DO電的耐高溫(>200℃),透氣性能好的要求。其厚薄也很有講究,膜越薄,靈敏度越高,一般在0.01-0.05mm的范圍。膜性能對一個好的電響應非常重要。需要膜對氧具有高度的透性和對CO2低的透性。
事實上,DO電測定的不是溶解氧濃度,而是氧活度或者是氧分壓。通常用空氣或不含氧的氮氣來標定100%和零點。液體中真正的溶解氧濃度可以用化學法測定。
3.發酵溶氧電DO電的技術指標
(1)穩定性:這是說,當被測DO不變,電流輸出應長期不變,否則這種電就無法使用。但實際上電輸出的漂移是難免的,一般,其標準隨時間偏差在SD=0.1%/d是允許的。當然SD越小越好。
(2)耐滅菌性能:要求能耐131℃1h高壓蒸汽滅菌。
(3)響應時間:是指電輸出跟蹤溶氧濃度的變化的速度,是電靈敏度的衡量,以響應95%或90%所需時間為指標。一般在30s~2min。對以連機在線測定,要求靈敏度高一些好。對原電池型電,常時間發酵對象則90%響應時間在3min以內也是可行的。測量可將電反復置于無氧水與空氣中,在罐內請水中反復通入純氮氣與空氣測量。
(4)電的工作壽命:這是指換一次電解質能維持正常測定的時間,當然越長越好,一般至少1個月以上,好的電可以達到半年以上。至于電的壽命應不低于3-5年。
(5)殘余電流:是指液體中無或零氧狀態下的電輸出,當然越小越好,一般允許在1%以下。這可置于無氧水中或通入氮氣測量。
(6)線性范圍:這是指與電輸出成正比的溶氧濃度范圍,當然越寬越好,一般允許在0-50%純氧范圍。
4.在發酵溶氧電的應用中有幾個問題值得注意
(1)DO濃度的單位:目前有3種表示DO濃度的單位
*種是氧分壓或張力(DissolvedOxygenTension,簡稱DOT),以大氣壓或mm汞柱表示,100%空氣飽和水中的DOT為0.2095×760=159(mmHg柱)。這種表示方法多在單位中使用。
第二種方法是濃度,以mgO2/L純水或ppm表示。這種方法主要在環保單位應用較多。用Winkler氏化學法可測出水中溶氧的濃度,但用電法不行,除非是純水。
為此,發酵行業只用第三種方法,空氣飽和度(%)來表示。這是因為在含有溶質,特別是鹽類的水溶液,其氧濃度比純水低,但用氧電測定時卻基本相同。用化學法測發酵液中的DO也不現實,因發酵液中的氧化還原性物質對測定有干擾。因此,采用空氣飽和度%表示。這只能在相似的條件下,在同樣的溫度、罐壓、通氣攪拌下進行比較。這種方法能反映菌的生理代謝變化和對產物合成的影響。因此,在應用時,必需在接種前標定電。方法是在一定的溫度、罐壓和通氣攪拌下以消后培養基被空氣百分之一百飽和為基準。
(2)DO定位
一般在培養基滅菌后,發酵前DO電需標定。起方法是在攪拌,通氣和培養溫度下將電流輸出調到100,待其穩定后便接種,接種后邊不能再動,直到發酵結束。一般無法在發酵期間進行在標定。要考察DO電是否工作正常,從以下一些現象可以判斷。暫停攪拌或加糖,補料,加油,補水均回有反應。
(3)漂移和膜堵塞是DO電在使用中面臨的主要問題。經過消毒后,電輸出很難做重現。因此,電需要經常校正。
(4)電解質中有機溶劑的蒸發是常見的問題,會導致電性能的提早衰退。在電儲存過程中也會發生。 
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