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【发酵百科】溶氧电极的知识你懂吗
点击次数:993 发布时间:2022-02-15
  发酵液溶氧值DO是我们的发酵参数,由溶氧电极反应发酵液溶氧值,最近发酵因为溶氧一直有所困扰,深感对于电极光会使用是不行的,还需要知道原理,这样面对问题的时候才能更容易解决。所以小弟特意研究了一下溶氧电极的原理及相关常识,与大家共同学习。
  溶氧电极是由一透气膜覆盖的电流型电极,一般分为两类:原电池型和极谱型,原电池型电极无需外加电压,极谱(Polargrafic)型电极需要外加0.6-0.8V的极化电压。一般我们发酵罐上用的都是极谱型电极所以我们下边就对极谱型电极进行解释。
  1.电极结构
  一般由阴极、阳极、电解质和塑料薄膜构成。
  阴极:一般阴极材料的要求很高,如白金或银度在99.999%以上,极谱型电极的阴极表面做得很小,一般其直径在1-50μm的范围,形成的还原电流在n*,因此,需要专门的电子放大装置。
  阳极:阳极的材料依然要求很高,如白金或银度在99.999%以上,一般阳极作成圆筒状,其表面积需阴极面积大数十倍。
  电解质:基本有KOH、KCl、醋酸铅等。
  薄膜:薄膜一般采用聚四氟乙烯(F4)或聚四氟乙烯-聚六氟丙烯的共聚体,也曾用聚氯丙烯,聚乙烯,聚丙烯等。其主要性能符合DO电极的耐高温(>200℃),透气性能好的要求。其厚薄也很有讲究,膜越薄,灵敏度越高,一般在0.01-0.05mm的范围。膜性能对一个好的电极响应非常重要。需要膜对氧具有高度的透性和对CO2低的透性。
  2.溶氧电极原理
  溶氧电极测量的物理量是氧分压而不是氧浓度。薄膜一般不能透过水和可溶性物质,只能透过氧气。当给溶氧电极加上0.6-0.8V的电压时,阴极(金电极)释放电子,阳极(银电极)接受电子。当氧气透过薄膜进入电解液,与阴极和阳极构成回路,便产生了电流。根据法拉第定律,流过溶氧电极的电流与氧分压呈正比及I=k·PO2,当氧分压越大,电流及越大,电流和氧分压呈线性关系。话说你们还知道法拉第定律是啥么,快自己脑部一下吧。
  3.溶氧电极的技术指标
  稳定性:当被测DO不变,电流输出应长期不变,否则这种电极就无法使用。但实际上电极输出的漂移是难免的,一般,其标准随时间偏差在SD=0.1%/d是允许的。当然SD越小越好。
  耐灭菌性能要求能耐131℃1h高压蒸汽灭菌。
  响应时间:指电极输出跟踪溶氧浓度的变化的速度,是电极灵敏度的衡量,以响应95%或90%;所需时间为指标。一般在30s-2min。对以连机在线测定,要求灵敏度高一些好。
  电极的工作寿命:这是指换一次电解质能维持正常测定的时间,当然越长越好,一般至少1个月以上,好的电极可以达到半年以上。至于电极的寿命应不低于3-5年。残余电压/电流是指液体中无或零氧状态下的电极输出,当然越小越好,一般允许在1%以下。
  线性范围:这是指与电极输出成正比的溶氧浓度范围,当然越宽越好,一般允许在0-50%纯氧范围。
  4.溶氧电极的正确校正方法
  相对标准的校准方案:
  (1)用纯水或蒸馏水配置饱和亚硫酸钠溶液,水温25度左右或略高;
  (2)溶氧电极在空气中校正100%,电极斜率正常;
  (3)将电极插入亚硫酸钠饱和溶液中,轻轻晃动电极;
  (4)极谱式溶氧电极2分钟测量数据降到10%左右,5分钟测量数据降到1%左右,10分钟测量数据降到1%以下或接近于0;
  (5)光学溶氧电极在亚硫酸钠饱和溶液中速度略慢,10分钟测量数据在1%左右;
  (6)将电极从饱和亚硫酸钠溶液中拿出来置于空气中,用吸水纸吸干电极头前端的水珠,20秒左右测量数据恢复到100%。
  (7)如果满足以上测量过程,说明电极、电缆、变送器均正常;
  (8)如果没有亚硫酸钠饱和溶液,可以用听装的可口可乐或生产日期稍长的听装啤酒来测试,效果基本一致。
  (9)溶氧电极较的是相对值,拔掉电缆则没有电
  5.溶氧电极的维护
  (1)1~2周应清洗一次溶氧仪电极,如果膜片上有污染物,会引起测量误差。清洗时应小心,注意不要损坏膜片。将溶氧仪电极放入清水中涮洗,如污物不能洗去,用软布或棉布小心擦洗。
  (2)2~3月应重新校验一次溶氧仪电极的零点和量程。
  (3)溶氧仪电极的再生大约1年左右进行一次。当测量范围调整不过来,就需要对溶解氧电极再生。电极再生包括更换内部电解液、更换膜片、清洗银电极。如果观察银电极有氧化现象,可用细砂纸抛光。
  (4)在使用中如发现溶氧仪电极泄露,就必须更换电解液。
  (5)为什么溶氧仪显示为零?有以下几种情况:
  a.电极与仪表未连接,建议将电极连接仪器进行计划。
  b.电解液干枯,建议添加电解液
  c.电缆线损坏,接触不良,请更换电极
  (6)溶氧电极什么时候更换电解液?
  a.电极长时间没有使用?(一般三个月以上)
  b.使用一年后电解液变质
  (7)什么时候需要更换溶氧膜?
  a.膜片机械损伤
  b.响应时间很长,甚至无法校准
  c.长时间使用后的老化

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