溶解氧電極的工作原理及技術發展

溶解氧電極作為生物發酵過程中關鍵的在線監測設備，其工作原理主要基于電化學檢測方法。

目前市場上主流的溶解氧電極可分為極譜式和原電池式兩種類型。極譜式電極采用三電極系統，包括工作電極（通常為金或鉑）、對電極和參比電極，在工作電極表面施加穩定的極化電壓（通常為-0.6至-0.8V），溶解氧透過選擇性透氣膜后在電極表面發生還原反應，產生的電流信號與溶解氧濃度成正比。

近年來，溶解氧傳感技術取得了進展。傳統電化學電極逐漸被基于熒光猝滅原理的光學傳感器所補充。光學傳感器利用特定熒光物質在氧分子作用下的熒光壽命變化來測定溶解氧濃度，具有無需極化、不受流速影響、維護簡單等優勢。

在發酵應用中，溶解氧電極面臨的主要技術挑戰包括：高溫滅菌（121℃、30分鐘）條件下的穩定性、長期運行的漂移控制、抗培養基污染能力等。現代電極采用特殊的膜材料（如PTFE復合膜）和固態電解質技術，使使用壽命延長至12-18個月。某大型氨基酸生產企業的對比數據顯示，采用新型電極后，校準周期從3天延長至2周，年維護成本降低40%。 溶氧電極無信號輸出時，檢查電源線連接、電解液是否干涸或膜是否破損。江蘇微生物培養用溶解氧電極報價

溶氧電極測量得到的數據需要進行處理和分析，才能為發酵過程的控制提供有效的指導。一般來說，可以通過數據采集系統將溶氧電極測量得到的數據傳輸到計算機中，然后使用相應的軟件進行處理和分析。處理和分析的內容包括數據的濾波、平滑、趨勢分析等。通過對溶氧電極數據的處理和分析，可以更好地了解發酵過程中的溶氧變化規律，為優化發酵條件提供依據。為了確保溶氧電極的正常工作，需要對其進行定期的維護和保養。維護和保養的內容包括清洗電極、更換電極膜、校準電極等。在清洗電極時，需要使用適當的清洗劑，避免使用強酸、強堿等腐蝕性清洗劑。在更換電極膜時，需要選擇合適的電極膜，并按照說明書進行更換。定期校準電極可以確保其測量結果的準確性。北京高精度溶氧電極固態電解質界面膜研究解決溶氧電極電解液泄漏的行業痛點。

對于深海探測而言，溶氧電極面臨著巨大的挑戰。深海環境具有高壓、低溫、黑暗以及復雜的海水成分等特點。為適應這種極端環境，深海溶氧電極在材料選擇上必須極為嚴苛。電極外殼需采用**度、耐腐蝕且能承受高壓的合金材料，如鈦合金。透氣膜要具備在低溫下仍能保持良好透氣性能的特性，且不會被海水中的鹽分和微生物侵蝕。同時，電極的內部結構設計要考慮到高壓對電解液和電子元件的影響，確保在深海環境下能夠準確、穩定地測量溶解氧濃度，為深海生態研究提供重要數據。

溶氧電極測值的變化還會影響微生物的群落結構。在不同的溶氧水平下，微生物群落會發生適應性變化。例如，在高鹽環境的微生物燃料電池中，當溶氧電極測值顯示特定的溶氧水平時，陰極生物膜中的微生物群落會發生改變，一些特定的菌種如 Desulfuromonas sp. 和 Gammaproteobacteria 會成為關鍵物種，影響微生物燃料電池的性能。因此，通過溶氧電極監測溶氧水平的變化，可以研究微生物群落結構與溶氧水平之間的關系。對于一些對氧氣敏感的微生物，溶氧電極的測值尤為重要。例如，微需氧微生物在低氧環境下生長，但對氧氣的濃度要求非常嚴格。溶氧電極可以精確地測量這種低氧水平，幫助研究人員確定微需氧微生物的較好生長條件。同時，對于一些在低氧環境下具有特殊代謝功能的微生物，如在微氧條件下能夠有效降解生物毒性污染物的微生物，溶氧電極可以監測到適宜的溶氧水平，促進其代謝過程。溶氧電極的氧分子通過膜擴散速率決定測量靈敏度，需穩定傳質條件。

溶氧電極與其他傳感器的協同作用，在發酵罐廠中，溶氧電極通常與其他傳感器協同工作，如pH電極、溫度傳感器等。這些傳感器共同監測發酵過程中的各種參數，為發酵過程的優化提供完整的數據支持。例如，pH電極可以監測發酵液的酸堿度，溫度傳感器可以監測發酵液的溫度。通過綜合考慮這些參數，可以更好地控制發酵過程，提高發酵產物的產量和質量。不同的發酵工藝對溶氧水平的要求不同。例如，在好氧發酵過程中，需要較高的溶氧水平，以滿足微生物的生長和代謝需求；而在厭氧發酵過程中，則需要較低的溶氧水平，甚至是無氧環境。溶氧電極可以根據不同的發酵工藝要求，實時監測溶氧水平，并為調整發酵條件提供依據。在實際應用中，需要根據具體的發酵工藝選擇合適的溶氧電極，并進行合理的安裝和調試，以確保其能夠準確地測量溶氧水平。抗腐蝕溶氧電極適用于高鹽、強酸強堿等惡劣工業環境。北京高精度溶氧電極

溶解氧電極的耐滅菌性能至關重要，需能承受高溫高壓或化學消毒劑的反復處理。江蘇微生物培養用溶解氧電極報價

采用先進的控制系統能夠提高溶氧電極的穩定性，1、模糊自適應 PID 控制器，發酵罐系統中的溶氧具有非線性、時變的特點，傳統的 PID 控制器通常不適用于這類系統。因此，可以采用一種新的模糊自適應 PID 控制器，在 Simulink 環境中構建 PID 控制系統，并使用 Matlab 中的模糊邏輯控制工具箱設計模糊控制器。這種模糊自適應 PID 控制器具有響應速度快、控制靈敏度高、適應性強等優點，可以提高溶氧電極在發酵罐廠應用中的穩定性。2、分階段供氧控制策略，在谷氨酸棒桿菌合成新型生物絮凝劑的分批發酵過程中，采用分階段供氧控制策略可以提高生物絮凝劑的產量和穩定性。該策略是在發酵過程 0～16 h 維持體積傳氧系數 kLa 為 100h-1，16 h 后降低 kLa 為 40h-1 至發酵結束，整個發酵過程通氣量保持在 1 L?L-1?min-1。采用這種分階段供氧控制策略，可以實現高細胞生長速率和高產物產率的統一，同時也可以提高溶氧電極在發酵罐廠應用中的穩定性。江蘇微生物培養用溶解氧電極報價