文档介绍：第三节微生物培养过程的参数检测
在线检测必须用专门的传感器(也叫电极或探头)放入发酵系统,将发酵的一些信息传递出来,为发酵控制提供依据。
黑箱灰箱
检测仪器:气相色谱、高效液相、离子色谱、
双向电泳、毛细管电泳、红外光谱、基因测序仪等
检测代谢中间物,分析代谢流向、RNA检测
一参数在线检测
由于微生物培养过程是纯培养过程,无菌要求高,因此对传感器有特殊要求:
插入罐内的传感器必须能经受高压蒸汽灭菌(材料、数据)
传感器结构不能存在灭菌不透的死角,以防染菌(密封性好)
传感器对测量参数要敏感,且能转换成电信号。(响应快、灵敏)
传感器性能要稳定,受气泡影响小。
带计算机数据采集与控制的生物反应系统
P188
原理:化学或物理信号电信号
放大记录显示仪
控制器(与设定参数比较)
发出调节信号控制器动作
介绍几种常用的在线检测的传感器及其工作原理
pH电极
溶氧电极
它们是基础电极,以它们为基础可以制作各种离子电极和酶电极
(一) pH测量
pH值的测量在生物反应中普遍进行,对于生物过程控制是一个非常重要的参数。
1、pH的定义
影响化学平衡的往往是活度,而不是浓度,但对于稀溶液为了避免在氢离子活度很小时表达方式上的麻烦
引进pH=-lg[H+]
[H+]=
2、pH测量方法
pH试纸曾经是一种广泛采用的方法
优点:方便,易操作
缺点:它主观性较强
质量差异,不同厂家不同批号的pH试纸测出的pH值会有较大的差别,~1。
对于一些要求较高的场合就适用
pH试纸
pH电极
(1)pH电极测量原理
pH电极实际上是由参比电极与指示电极组成的一个自发电池,该电池的表达式可写为:
参比电极溶液X 指示电极
该电池的参比电极的输出电位恒定,指示电极的输出电位随被测体系中氢离子活度而变化。因此整个自发电池的电动势就是被测体系中氢离子活度的函数。
E[α]=E0- ln1/ =E0- pH
式中E0对某一给定电极为常数,是温度的函数,因此从电位差计的E值可测出pH值。
甘汞电极(a)232型(b)217型
1-导线;2-加液口;3-KCl溶液;4-素烧瓷芯;5-铂丝;6-Hg;7-Hg2Cl2
一般的参比电极是甘汞电极。电极的外壳是玻璃管,里面套一根小玻璃管,其顶部伸出电极引线,引线的下端浸没在汞中,汞的下端有糊状甘汞,汞和甘汞用棉花堵住,只有离子才能通过,而汞和甘汞不会漏失,小管和大管之间充满KCl溶液,末端用多孔陶瓷渗入到溶液中,实现电极引线与溶液间的电导通。
参比电极
由此可见,甘汞电极是由金属汞及其难溶盐——氯化亚汞以及含氯离子的电解质溶液组成。这种半电池可表示为Hg(L) Hg2Cl2(S) Cl-(L) 电极电位产生于汞和甘汞的界面,其电极反应为:
2Cl-+2Hg Hg2Cl2+2e-
其电极电位为
εCl/HgCl,Hg=ε+ ln1/α
由此可见甘汞电极的电极电位只与氯化钾的活度有关而不受被测溶液的酸碱度影响