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瑞士漢密爾頓溶氧電極的結(jié)構(gòu)原理及其使用
點(diǎn)擊次數(shù)：11396 發(fā)布時(shí)間：2009-9-14
| 溶氧（DO）是溶解氧（Dissolved Oxygen）的簡稱, 是表征水溶液中氧的濃度的參數(shù)。溶氧電極是一種基于極譜原理的測定溶解在液體中的氧的電流型電極 1. 溶氧電極的分類 2. DO電極測定原理 極譜（Polargrafic）型電極需要外加0.6-0.8V的極化電壓。一般由貴金屬，如白金或金構(gòu)成陰極；由銀構(gòu)成陽極。極譜型電極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)。 極譜型與原電池型的區(qū)別 原電池型電極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5-10 mm.。 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10 mV的自動(dòng)電位差記錄儀上。原電池型的陽極材料同樣要求很高，純度在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，這對極譜型電極容易做到，故它可以做得較小。原電池型的陽極就得大許多，才能滿足這種比例要求。 DO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。 電解質(zhì)：一般對電解質(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，一些污染的離子會嚴(yán)重影響電極的性能。所用藥品試劑要求至少用AR級的。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0.01-0.05 mm的范圍。膜性能對一個(gè)好的電極響應(yīng)非常重要。需要膜對氧具有高度的透性和對CO2低的透性。 電極響應(yīng) 壓力補(bǔ)償膜 工作原理 IS = N FA （Pm/dm）P0 （1） 式中 IS為輸出電流，N 為氧被還原所得電子數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，A 為陰極表面積，Pm 塑料膜的擴(kuò)散系數(shù)，dm為膜的厚度，P0為被測液體中的氧的分壓。 基于這一原理，原電池型電極在測量粘稠的發(fā)酵液中的DO時(shí)，應(yīng)盡量使用厚一點(diǎn)的薄膜，這樣可使液膜阻力的變化，從而輸出電流的波動(dòng)小一些。對極譜型電極，則流體運(yùn)動(dòng)對電極的輸出沒有影響。 注意事項(xiàng) 3. DO電極的技術(shù)指標(biāo) （2）耐滅菌性能 ：要求能耐131℃ 1 h高壓蒸汽滅菌。 （3）響應(yīng)時(shí)間：是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(yīng)95%或90%所需時(shí)間為指標(biāo)。一般在30 s ~ 2 min。對以連機(jī)在線測定，要求靈敏度高一些好。對原電池型電極，常時(shí)間發(fā)酵對象則90%響應(yīng)時(shí)間在3 min 以內(nèi)也是可行的。測量可將電極反復(fù)置于無氧水與空氣中，在罐內(nèi)請水中反復(fù)通入純氮?dú)馀c空氣測量。 （4）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(shí)間，當(dāng)然越長越好，一般至少1個(gè)月以上，好的電極可以達(dá)到半年以上。至于電極的壽命應(yīng)不低于3-5年。 （5）殘余電流：是指液體中無或零氧狀態(tài)下的電極輸出，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量。 （6） 線性范圍：這是指與電極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. 在電流型電極的應(yīng)用中有幾個(gè)問題值得注意 *種是氧分壓或張力（Dissolved Oxygen Tension , 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 （mm Hg柱）。這種表示方法多在醫(yī)療單位中使用。 第二種方法是濃度，以mg O2/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)法可測出水中溶氧的濃度，但用電極法不行，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，但用氧電極測定時(shí)卻基本相同。用化學(xué)法測發(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)對測定有干擾。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)定電極。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電極需標(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電極是否工作正常，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電極在使用中面臨的主要問題。經(jīng)過消毒后，電極輸出很難做重現(xiàn)。 因此，電極需要經(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，會導(dǎo)致電極性能的提早衰退。在電極儲存過程中也會發(fā)生。 |