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【發(fā)酵百科】溶氧電極的知識你懂嗎
發(fā)酵液溶氧值DO是我們的發(fā)酵參數(shù)，由溶氧電極反應發(fā)酵液溶氧值，最近發(fā)酵因為溶氧一直有所困擾，深感對于電極光會使用是不行的，還需要知道原理，這樣面對問題的時候才能更容易解決。所以小弟特意研究了一下溶氧電極的原理及相關(guān)常識，與大家共同學習。
溶氧電極是由一透氣膜覆蓋的電流型電極，一般分為兩類：原電池型和極譜型，原電池型電極無需外加電壓，極譜（Polargrafic）型電極需要外加0.6-0.8V的極化電壓。一般我們發(fā)酵罐上用的都是極譜型電極所以我們下邊就對極譜型電極進行解釋。
1.電極結(jié)構(gòu)
一般由陰極、陽極、電解質(zhì)和塑料薄膜構(gòu)成。
陰極：一般陰極材料的要求很高，如白金或銀度在99.999%以上，極譜型電極的陰極表面做得很小，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。
陽極：陽極的材料依然要求很高，如白金或銀度在99.999%以上，一般陽極作成圓筒狀，其表面積需陰極面積大數(shù)十倍。
電解質(zhì)：基本有KOH、KCl、醋酸鉛等。
薄膜：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電極的耐高溫（>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極響應非常重要。需要膜對氧具有高度的透性和對CO2低的透性。
2.溶氧電極原理
溶氧電極測量的物理量是氧分壓而不是氧濃度。薄膜一般不能透過水和可溶性物質(zhì)，只能透過氧氣。當給溶氧電極加上0.6-0.8V的電壓時，陰極（金電極）釋放電子，陽極（銀電極）接受電子。當氧氣透過薄膜進入電解液，與陰極和陽極構(gòu)成回路，便產(chǎn)生了電流。根據(jù)法拉第定律，流過溶氧電極的電流與氧分壓呈正比及I=k·PO2，當氧分壓越大，電流及越大，電流和氧分壓呈線性關(guān)系。話說你們還知道法拉第定律是啥么，快自己腦部一下吧。
3.溶氧電極的技術(shù)指標
穩(wěn)定性：當被測DO不變，電流輸出應長期不變，否則這種電極就無法使用。但實際上電極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。
耐滅菌性能要求能耐131℃1h高壓蒸汽滅菌。
響應時間：指電極輸出跟蹤溶氧濃度的變化的速度，是電極靈敏度的衡量，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。
電極的工作壽命：這是指換一次電解質(zhì)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，好的電極可以達到半年以上。至于電極的壽命應不低于3-5年。殘余電壓/電流是指液體中無或零氧狀態(tài)下的電極輸出，當然越小越好，一般允許在1%以下。
線性范圍：這是指與電極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.溶氧電極的正確校正方法
相對標準的校準方案：
?。?）用純水或蒸餾水配置飽和亞硫酸鈉溶液，水溫25度左右或略高；
（2）溶氧電極在空氣中校正100%，電極斜率正常；
?。?）將電極插入亞硫酸鈉飽和溶液中，輕輕晃動電極；
?。?）極譜式溶氧電極2分鐘測量數(shù)據(jù)降到10%左右，5分鐘測量數(shù)據(jù)降到1%左右，10分鐘測量數(shù)據(jù)降到1%以下或接近于0；
?。?）光學溶氧電極在亞硫酸鈉飽和溶液中速度略慢，10分鐘測量數(shù)據(jù)在1%左右；
?。?）將電極從飽和亞硫酸鈉溶液中拿出來置于空氣中，用吸水紙吸干電極頭前端的水珠，20秒左右測量數(shù)據(jù)恢復到100%。
?。?）如果滿足以上測量過程，說明電極、電纜、變送器均正常；
?。?）如果沒有亞硫酸鈉飽和溶液，可以用聽裝的可口可樂或生產(chǎn)日期稍長的聽裝啤酒來測試，效果基本一致。
?。?）溶氧電極較的是相對值，拔掉電纜則沒有電
5.溶氧電極的維護
?。?）1～2周應清洗一次溶氧儀電極，如果膜片上有污染物，會引起測量誤差。清洗時應小心，注意不要損壞膜片。將溶氧儀電極放入清水中涮洗，如污物不能洗去，用軟布或棉布小心擦洗。
?。?）2～3月應重新校驗一次溶氧儀電極的零點和量程。
（3）溶氧儀電極的再生大約1年左右進行一次。當測量范圍調(diào)整不過來，就需要對溶解氧電極再生。電極再生包括更換內(nèi)部電解液、更換膜片、清洗銀電極。如果觀察銀電極有氧化現(xiàn)象，可用細砂紙拋光。
（4）在使用中如發(fā)現(xiàn)溶氧儀電極泄露，就必須更換電解液。
（5）為什么溶氧儀顯示為零？有以下幾種情況：
a.電極與儀表未連接，建議將電極連接儀器進行計劃。
b.電解液干枯，建議添加電解液
c.電纜線損壞，接觸不良，請更換電極
（6）溶氧電極什么時候更換電解液？
a.電極長時間沒有使用？（一般三個月以上）
b.使用一年后電解液變質(zhì)
（7）什么時候需要更換溶氧膜？
a.膜片機械損傷
b.響應時間很長，甚至無法校準
c.長時間使用后的老化