溶解氧电极的工作原理及技术发展
溶解氧电极作为生物发酵过程中关键的在线监测设备,其工作原理主要基于电化学检测方法。
目前市场上主流的溶解氧电极可分为极谱式和原电池式两种类型。极谱式电极采用三电极系统,包括工作电极(通常为金或铂)、对电极和参比电极,在工作电极表面施加稳定的极化电压(通常为-0.6至-0.8V),溶解氧透过选择性透气膜后在电极表面发生还原反应,产生的电流信号与溶解氧浓度成正比。
近年来,溶解氧传感技术取得了进展。传统电化学电极逐渐被基于荧光猝灭原理的光学传感器所补充。光学传感器利用特定荧光物质在氧分子作用下的荧光寿命变化来测定溶解氧浓度,具有无需极化、不受流速影响、维护简单等优势。
在发酵应用中,溶解氧电极面临的主要技术挑战包括:高温灭菌(121℃、30分钟)条件下的稳定性、长期运行的漂移控制、抗培养基污染能力等。现代电极采用特殊的膜材料(如PTFE复合膜)和固态电解质技术,使使用寿命延长至12-18个月。某大型氨基酸生产企业的对比数据显示,采用新型电极后,校准周期从3天延长至2周,年维护成本降低40%。 溶氧电极的计量校准需符合 JJG 291-2015《溶解氧测定仪检定规程》。山东溶解氧电极报价
溶氧电极精度对测量结果的影响,1、测量准确性:高精度的溶氧电极能够更准确地测量溶液中的溶解氧含量。例如,光学溶氧电极相对于传统极谱氧电极具有精度高的优点。在工业发酵过程中,光学溶氧电极能够更精确地监测发酵液中的溶氧水平,为优化发酵过程提供更可靠的数据支持。如果溶氧电极精度较低,可能会导致测量结果出现较大偏差,影响对发酵过程的准确判断和控制。2、数据可靠性:高精度的溶氧电极能够提供更可靠的数据。在科学研究和工业生产中,准确的溶氧测量数据对于了解生物反应过程、优化生产工艺等至关重要。例如,在考查溶氧水平对鱼类快速启动运动能力的影响的研究中,需要准确测量不同溶氧水平下的溶解氧含量,以确定溶氧水平对鱼类生理特征的影响。如果溶氧电极精度不高,可能会导致测量数据不可靠,从而影响研究结论的准确性。江苏不锈钢溶解氧电极机器学习模型预测溶氧电极的膜寿命,指导预防性维护策略。
溶氧电极在生物制氢领域也崭露头角。某些微生物在特定条件下能够利用有机物进行厌氧发酵产生氢气,而发酵过程中的溶解氧浓度对微生物的产氢效率影响。溶氧电极可用于监测发酵体系中的溶解氧水平,通过控制通气量或添加抑制剂等方式,精细调节溶解氧浓度,为微生物创造适宜的产氢环境,提高生物制氢的效率,推动清洁能源的发展。随着对室内空气质量要求的提高,溶氧电极也逐渐应用于室内环境监测。在一些大型写字楼、商场等人流量密集的场所,空气中的氧气含量会因人员呼吸等因素而发生变化。溶氧电极可与空气质量监测系统集成,实时监测室内空气中的氧气浓度。一旦浓度低于设定阈值,通风系统可自动启动,引入新鲜空气,保证室内人员的舒适度和健康,提升室内环境质量。
随着科技的不断进步,溶氧电极也在持续创新发展。新型的溶氧电极在材料选择上更加注重性能优化,采用更先进的透气膜材料,提高氧气的透过效率,同时增强对其他干扰物质的阻隔能力。在电极结构设计方面,朝着小型化、集成化方向发展,便于在更复杂、狭小的空间内安装和使用。此外,智能溶氧电极逐渐兴起,其具备数据自动采集、分析以及无线传输等功能,可与自动化控制系统连接,实现对溶解氧的远程、实时监测与控制 。微基智慧科技(江苏)有限公司溶氧电极的线性度测试需覆盖 0-100% 量程,误差不超过 ±2%。
1、大肠杆菌对溶氧的需求,大肠杆菌是一种兼性厌氧菌,在有氧条件下可通过有氧呼吸高效代谢。在高密度发酵过程中,充足的氧气供应至关重要,通常需要将溶解氧(DO)水平维持在20%-30%。若DO低于此范围,菌体可能转向厌氧代谢,通过“Crabtree效应”积累乙酸,进而抑制蛋白质合成和菌体生长,影响发酵效率。2、DO-STAT控制策略,DO-STAT(溶氧关联补料控制)是一种基于实时溶氧反馈的智能补料技术,通过动态调节补料速率使耗氧与供氧达到平衡。该技术广泛应用于工业微生物发酵领域,尤其在大肠杆菌和酵母菌的高密度培养中表现优异,是重组蛋白、疫苗及酶制剂生产的关键工艺之一。溶氧水平的精细控制直接决定了菌体生长速率和产物合成效率。3、溶氧监测,目前发酵过程中的溶氧在线监测主要依赖两类传感器,极谱型溶氧电极:传统电化学传感器,响应快,需定期维护。光学溶氧传感器:基于荧光淬灭原理,稳定性高,维护需求低。4、溶氧分段控制根据发酵阶段动态调整DO水平,可大幅度提升产物产量,生长期:维持DO20%-30%,配合高搅拌速率(500-800rpm),促进菌体快速增殖。诱导期:降低DO至10%-20%,减少乙酸积累,同时促进外源蛋白表达(如IPTG诱导系统)。 溶解氧电极的数据可整合至PAT(过程分析技术)框架,实现智能化发酵控制。江苏光学法溶氧电极哪家靠谱
原位拉曼光谱结合溶氧电极,同步监测溶液成分与氧动态变化。山东溶解氧电极报价
在印染废水处理中,溶氧电极不可或缺。印染废水中含有大量有机物,在生物处理环节,微生物降解有机物需要消耗氧气。溶氧电极实时监测处理池中溶氧浓度,当溶氧不足时,增加曝气设备的运行功率,保证微生物有足够的氧气进行代谢;当溶氧过高时,减少曝气,避免能源浪费。借助溶氧电极的精细调控,可提高印染废水处理效率,降低污染物排放,实现印染行业的绿色可持续发展。在皮革加工行业,溶氧电极助力提升产品质量。皮革鞣制过程中,某些化学反应对环境溶氧有严格要求。溶氧电极安装在鞣制槽内,实时监测溶氧。操作人员根据监测数据,调整鞣制工艺参数,如鞣剂添加量、反应时间等,确保鞣制反应顺利进行,减少次品率,提升皮革的柔软度、耐用性等品质,满足市场对皮革制品的需求。山东溶解氧电极报价