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發(fā)酵溶氧電極的工作原理及應(yīng)用

來源:上海博取儀器有限公司   2025年06月23日 14:15  
  發(fā)酵溶氧電極是發(fā)酵過程的核心監(jiān)測(cè)設(shè)備,其工作原理主要分為極譜式和光學(xué)式兩類,在發(fā)酵工業(yè)中各有特定的應(yīng)用場(chǎng)景:
 
  一、工作原理
 
  ‌1、極譜式溶氧電極‌
 
  ‌氧還原反應(yīng)‌:電極表面施加0.6-0.8V極化電壓,溶解氧透過聚四氟乙烯薄膜后,在貴金屬陰極(如鉑金)發(fā)生還原反應(yīng)(O? + 2H?O + 4e? → 4OH?),同時(shí)在陽極(如銀/氯化銀)發(fā)生氧化反應(yīng)(4Ag + 4Cl? → 4AgCl + 4e?),形成電流回路。
 
  ‌電流與氧濃度關(guān)聯(lián)‌:根據(jù)法拉第定律,擴(kuò)散電流強(qiáng)度與溶解氧分壓成正比,通過檢測(cè)電流強(qiáng)度換算氧濃度。
 
  ‌溫度補(bǔ)償‌:內(nèi)置熱敏電阻實(shí)時(shí)修正溫度對(duì)氧擴(kuò)散速率及溶解度的影響(誤差可超1%/℃)。
 
  ‌2、光學(xué)溶氧電極‌
 
  ‌熒光淬滅原理‌:藍(lán)光激發(fā)傳感器內(nèi)的熒光物質(zhì)發(fā)出紅光,溶解氧與熒光分子碰撞導(dǎo)致紅光強(qiáng)度衰減(淬滅效應(yīng)),通過檢測(cè)紅光衰減程度計(jì)算氧濃度。
 
  ‌無需極化與電解液‌:無電化學(xué)反應(yīng),避免了電極極化時(shí)間和電解液維護(hù)需求。
 

 

  二、應(yīng)用特點(diǎn)
 
  ‌1、發(fā)酵過程監(jiān)測(cè)‌
 
  在線實(shí)時(shí)跟蹤溶氧動(dòng)態(tài),例如大腸桿菌對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期DO值顯著下降,后期隨菌體衰老回升;畢赤酵母需維持>20% DO保證代謝效率。
 
  攪拌操作通過增強(qiáng)氧擴(kuò)散提升電極響應(yīng)準(zhǔn)確性。
 
  ‌2、維護(hù)與可靠性‌
 
  極譜式需定期更換透氧膜及電解液,膜污染或破損將導(dǎo)致數(shù)據(jù)漂移;光學(xué)式僅需清潔熒光帽,維護(hù)成本低。
 
  光學(xué)式抗干擾性強(qiáng)(耐H?S、pH波動(dòng)),極譜式在微量氧測(cè)量時(shí)穩(wěn)定性不足。
 
  ‌3、場(chǎng)景適應(yīng)性‌
 
  極譜式成熟應(yīng)用于工業(yè)發(fā)酵罐(如METTLER TOLEDO電極),耐高溫達(dá)130℃。
 
  光學(xué)式適合長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)及復(fù)雜水質(zhì)環(huán)境(如含硫化物發(fā)酵液)。

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