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        DO電極的使用、維護與保養(yǎng) 時間:2022.07.15
        發(fā)酵液中的溶氧濃度(Dissolved Oxygen,簡稱DO)是需氧微生物發(fā)酵、細胞培養(yǎng)過程中一個至關(guān)重要的參數(shù),DO值的改變對菌體生長、目標(biāo)物的性質(zhì)和產(chǎn)量都會產(chǎn)生不同一定的影響,通過觀察發(fā)酵液中溶氧量的變化,可以了解到微生物生長代謝是否正常、工藝控制是否合理、設(shè)備供氧能力是否完善等。
        因此,對這個參數(shù)進行實時的精確測量是實現(xiàn)溶氧自動控制的基本前提,目前行業(yè)內(nèi)多是通過插入式DO電極進行罐內(nèi)監(jiān)測。


        一、DO電極的基本種類
        發(fā)酵行業(yè)中常用的是兩種溶氧電極——極譜式溶氧電極和光學(xué)溶氧電極。
        極譜式溶氧電極是由鉑(或者金環(huán))作陰極,由銀-氯化銀(或者汞-氯化亞汞)作陽極。電解液為KCl溶液。陰極外表面覆蓋一層透氧薄膜,薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡膠等透氣材料。陰陽兩電極之間需要外加0.5~1.5V的極化電壓。使用過程中,溶解氧透過薄膜到達陰極表面時會被電離,在此過程中釋放出的電子,會在電解液中形成電流,由于透過薄膜的溶解氧含量與水中的溶解氧含量成正比,所以在不同的溶解氧含量下,電解液中形成的電流強度也不相同,而電流的強度的大小可由電極監(jiān)測到。電極監(jiān)測到的電流強度可以根據(jù)法拉第定律換算為具體的氧濃度,得到數(shù)值再經(jīng)過溫度、氣壓補償輸出最終值。由于整個過程中電解質(zhì)參與了反應(yīng),因此需要定期更換電解液。
         

        (溶氧電極結(jié)構(gòu)圖)

        光學(xué)溶氧電極采用的是基于物理學(xué)中特定物質(zhì)對活性熒光的猝熄原理。傳感器的設(shè)計是通過一個發(fā)光二極管(LED)發(fā)出的藍光照射在熒光帽內(nèi)表面的熒光物質(zhì)上,特定的發(fā)光體被藍光激發(fā)后會發(fā)生冷光現(xiàn)象(紅光),通過檢測紅光與藍光之間的相位差,并與內(nèi)部標(biāo)定值比對,便可計算出氧濃度最后再經(jīng)過溫度和氣壓自動補償輸出最終值。
         

        注意:HOLVES生物反應(yīng)器標(biāo)配METTLERTOLEDO InPro6800系列極譜式DO電極,以下內(nèi)容也只針對此款電極。

         
        二、DO電極使用前的準(zhǔn)備
        1、電極液:
        首次使用或者長期未使用的DO電極,建議在使用前更換電解液。一般建議客戶每三個月更換一次電解液,可根據(jù)具體情況自行決定。
        如果電極信號不正常(如出現(xiàn)響應(yīng)時間長、無氧介質(zhì)中電流增大等情況)或電極出現(xiàn)“機械損壞時”,就需要更換膜或者退回原廠檢修。

        2、更換電解液的操作步驟:
        ① 將膜內(nèi)的殘余電解液倒掉,用去離子水沖洗溶氧膜內(nèi)部,沖洗完成后再用吸水紙吸水跡;
        ② 將膜傾斜,電解液瓶的管口垂直向下;
        ③ 輕輕擠壓電解液瓶,使電解液緩慢的流入膜內(nèi);
        ④ 電解液加入量為二分一左右;
        ⑤ 確認膜內(nèi)部沒有氣泡,如有氣泡可輕彈膜體,排除氣泡;
        ⑥ 將膜緩慢的旋轉(zhuǎn)套入內(nèi)電極上,再小心的旋緊不銹鋼套管。
        3、DO電極的極化:
        溶氧電極在使用前須通電極化6小時以上。通過電纜線將電極和變送器連接起來,變送器通電后電極即開始極化。
        下列情況中的電極需要進行極化:
        ① 電極第一次使用,極化6小時以上;
        ② 更換膜或電解液,極化6小時以上;
        ③ 變送器斷電或電極與電纜線斷開,最小極化時間見下表。

        (DO電極極化時間表)
         

        三、DO電極的校準(zhǔn)
        DO電極校準(zhǔn)前必須充分極化。DO電極使用的兩點校準(zhǔn)需要結(jié)合具體情況進行操作,連接溫度電極,同時設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為1013mbar。
        若有相關(guān)條件,請按如下操作進行校準(zhǔn):
        將電極接通電源后,先放入無氧環(huán)境中,待讀數(shù)穩(wěn)定后點擊“零點確認”,再將電極放入純氧環(huán)境中,待讀數(shù)穩(wěn)定后點擊“滿度確認”,彈出窗口“DO電極OK”即表示校準(zhǔn)完成。

        若無相關(guān)條件,請按如下操作進行校準(zhǔn):
        不接電極,點擊“零點確認”,滿度校準(zhǔn)方法由校準(zhǔn)介質(zhì)而定:
        ① 如果以空氣為校準(zhǔn)介質(zhì),將電極放在空氣中,并擦干膜上的水跡。待讀數(shù)穩(wěn)定后,點擊“滿度確認”即可;
        ② 生化發(fā)酵過程中,一般以飽和介質(zhì)為校準(zhǔn)介質(zhì)。在實消后以及接種前,于適宜溫度下將攪拌開至最大,同時通入最大通氣量的飽和空氣一定時間,待讀數(shù)穩(wěn)定后點擊“滿度確認”即可。建議在統(tǒng)一的通氣時間后進行校準(zhǔn),以統(tǒng)一不同罐批和不同發(fā)酵罐的飽和狀態(tài)。

        四、DO電極的性能測試
        每支電極都有自己的零點和斜率,而隨著使用時間的延長,電解液逐漸消耗,電極的斜率和零點也會隨之發(fā)生變化。而通過斜率和零點的變化,我們可以推斷出電極的性能情況。
        斜率判斷法:
        以空氣為校準(zhǔn)介質(zhì)進行校準(zhǔn)后,參考極譜式溶氧電極電流信號表中空氣電流的標(biāo)準(zhǔn),判斷DO電極的斜率是否正常。
        若處于警告或警報范圍,更換電極的電解液或膜后再重新校準(zhǔn),校準(zhǔn)后若仍處于警告或警報范圍,則需要將電極返廠維修。
        零點判斷法:
        以純度99.995%的氮氣為校準(zhǔn)介質(zhì)進行校準(zhǔn)后,參考極譜式溶氧電極電流信號表中零點電流的標(biāo)準(zhǔn),判斷DO電極的零點是否正常。
        若處于警告或報警范圍,更換電極的電解液或膜后再重新校準(zhǔn),校準(zhǔn)后若仍處于警告或警報范圍,則需要將電極返廠維修。

        (極譜式溶氧電極電流信號表)

         
        五、電極在空氣中的電流值異常
        電極在空氣中的電流值指把電暴露在空氣中的電流值,一般用絕對值表示,不同類型的DO電極在空氣中的電流值范圍不同。詳見電極使用說明書。
        空氣中的電流值偏低,可能的原因及解決方法:
        ① 鉑陰極表面有氧化物質(zhì)覆蓋
        這種情況下,將內(nèi)電極的頭部對著光源觀察陰極,可以看到陰極表面顯露出黑色??墒褂脴?biāo)號1000目以上的砂紙在鉑絲頭部輕輕打磨數(shù)次,至鉑絲表面發(fā)亮即可。切不可過度打磨,否則會使內(nèi)電極頭部受損。
        ② 鉑陰極未能接觸到溶氧膜
        檢查溶氧膜是否旋緊到位,若未旋緊,則必須將膜旋緊到位,并旋緊膜保護套直至黑色密封圈看不到為止。
        檢查溶氧膜膜片,如果有過度的突起,如下圖示,使陰極不能接觸到膜片,則必須更換溶氧膜。

         
        空氣中的電流值偏高,可能的原因及解決方法
        原因: 處理方法:
        電極極化不充分 確認極化時間是否符合
        電極受到污損 清洗電極,應(yīng)采用去離子水,不能采用含乙醇的清洗液。
        電解液老化 更換電解液
        膜老化或損壞 更換膜
        電纜損壞 更換電纜,不接電極時變送器應(yīng)顯示很低且穩(wěn)定的電流值。
        變送器損壞 更換變送器

         
        六、DO電極的保養(yǎng)
        使用過程中最容易發(fā)生因為膜的堵塞而導(dǎo)致測量不準(zhǔn)或不穩(wěn)的現(xiàn)象,這往往是微小離子在膜表面的附著造成的,這類堵塞一般僅憑肉眼是不易發(fā)現(xiàn)的。對這類污染,可將電極取下,用3%~5%的稀鹽酸浸泡幾個小時后再使用。
        電極較長時間不用時應(yīng)將保護帽套好,放置在保護盒內(nèi)保存。
         
        希望以上的內(nèi)容能對您的發(fā)酵提供一點幫助,如有問題可與我們聯(lián)系,HOLVES將竭誠為您服務(wù)!


        注:本篇文章內(nèi)容為霍爾斯HOLVES版權(quán)所有,未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載及使用。

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