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在發(fā)酵溶氧電的應(yīng)用中有幾個(gè)問題值得注意

點(diǎn)擊次數(shù):2706  更新時(shí)間:2017-07-25
發(fā)酵溶氧電,是表征水溶液中氧的濃度的參數(shù)。溶氧電是一種基于譜原理的測(cè)定溶解在液體中的氧的電流型電
1.發(fā)酵溶氧電的分類
測(cè)定DO的方法有多種:如化學(xué)Winkler法,電方法,質(zhì)譜儀等。這里主要介紹電方法。溶氧電zui早是由Clark(1956)發(fā)明的。它是由一透氣薄膜復(fù)蓋的電流型電。
DO電可分為兩類:原電池(Galvanic)型和譜(Polargrafic)型。
2.發(fā)酵溶氧電DO電測(cè)定原理
原電池型:一般由貴金屬,如白金、金或銀構(gòu)成陰;由鉛構(gòu)成陽。在電解質(zhì)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(gòu)成陰;由銀構(gòu)成陽。譜型電需外加一恒定的電壓,電解質(zhì)參與了反應(yīng),因此,在一定的時(shí)間間隔必須補(bǔ)充電解質(zhì)。
譜型與原電池型的區(qū)別
譜型電一般壽命較長,但價(jià)格較貴。輸出電流相差數(shù)量級(jí)。電響應(yīng)時(shí)間一般為90S。用來測(cè)定Kla或過渡現(xiàn)象似乎較困難。有些電的響應(yīng)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(shí)為5-25μA,因此,不用專門的電子放大器便可通過串聯(lián)一電位器直接接到全程5或10mV的自動(dòng)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(shù)十倍,這對(duì)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(jié)構(gòu):一般由陰、陽、電解質(zhì)和塑料薄膜構(gòu)成。
電解質(zhì):一般對(duì)電解質(zhì)的配方視為機(jī)密,商家不易公開。電解質(zhì)的配制很講究,需用無離子水,一些污染的離子會(huì)嚴(yán)重影響電的性能。所用藥品試劑要求至少用AR級(jí)的。電解質(zhì)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(duì)一個(gè)好的電響應(yīng)非常重要。需要膜對(duì)氧具有高度的透性和對(duì)CO2低的透性。
事實(shí)上,DO電測(cè)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?dú)鈦順?biāo)定100%和零點(diǎn)。液體中真正的溶解氧濃度可以用化學(xué)法測(cè)定。
3.發(fā)酵溶氧電DO電的技術(shù)指標(biāo)
(1)穩(wěn)定性:這是說,當(dāng)被測(cè)DO不變,電流輸出應(yīng)長期不變,否則這種電就無法使用。但實(shí)際上電輸出的漂移是難免的,一般,其標(biāo)準(zhǔn)隨時(shí)間偏差在SD=0.1%/d是允許的。當(dāng)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(yīng)時(shí)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(yīng)95%或90%所需時(shí)間為指標(biāo)。一般在30s~2min。對(duì)以連機(jī)在線測(cè)定,要求靈敏度高一些好。對(duì)原電池型電,常時(shí)間發(fā)酵對(duì)象則90%響應(yīng)時(shí)間在3min以內(nèi)也是可行的。測(cè)量可將電反復(fù)置于無氧水與空氣中,在罐內(nèi)請(qǐng)水中反復(fù)通入純氮?dú)馀c空氣測(cè)量。
(4)電的工作壽命:這是指換一次電解質(zhì)能維持正常測(cè)定的時(shí)間,當(dāng)然越長越好,一般至少1個(gè)月以上,好的電可以達(dá)到半年以上。至于電的壽命應(yīng)不低于3-5年。
(5)殘余電流:是指液體中無或零氧狀態(tài)下的電輸出,當(dāng)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?dú)鉁y(cè)量。
(6)線性范圍:這是指與電輸出成正比的溶氧濃度范圍,當(dāng)然越寬越好,一般允許在0-50%純氧范圍。
4.在發(fā)酵溶氧電的應(yīng)用中有幾個(gè)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(huán)保單位應(yīng)用較多。用Winkler氏化學(xué)法可測(cè)出水中溶氧的濃度,但用電法不行,除非是純水。
為此,發(fā)酵行業(yè)只用第三種方法,空氣飽和度(%)來表示。這是因?yàn)樵诤腥苜|(zhì),特別是鹽類的水溶液,其氧濃度比純水低,但用氧電測(cè)定時(shí)卻基本相同。用化學(xué)法測(cè)發(fā)酵液中的DO也不現(xiàn)實(shí),因發(fā)酵液中的氧化還原性物質(zhì)對(duì)測(cè)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(jìn)行比較。這種方法能反映菌的生理代謝變化和對(duì)產(chǎn)物合成的影響。因此,在應(yīng)用時(shí),必需在接種前標(biāo)定電。方法是在一定的溫度、罐壓和通氣攪拌下以消后培養(yǎng)基被空氣百分之一百飽和為基準(zhǔn)。
(2)DO定位
一般在培養(yǎng)基滅菌后,發(fā)酵前DO電需標(biāo)定。起方法是在攪拌,通氣和培養(yǎng)溫度下將電流輸出調(diào)到100,待其穩(wěn)定后便接種,接種后邊不能再動(dòng),直到發(fā)酵結(jié)束。一般無法在發(fā)酵期間進(jìn)行在標(biāo)定。要考察DO電是否工作正常,從以下一些現(xiàn)象可以判斷。暫停攪拌或加糖,補(bǔ)料,加油,補(bǔ)水均回有反應(yīng)。
(3)漂移和膜堵塞是DO電在使用中面臨的主要問題。經(jīng)過消毒后,電輸出很難做重現(xiàn)。因此,電需要經(jīng)常校正。
(4)電解質(zhì)中有機(jī)溶劑的蒸發(fā)是常見的問題,會(huì)導(dǎo)致電性能的提早衰退。在電儲(chǔ)存過程中也會(huì)發(fā)生。 
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