在發(fā)酵工業(yè)中，溶解氧濃度是關(guān)乎微生物生長(zhǎng)與代謝產(chǎn)物合成的命脈性參數(shù)。發(fā)酵用溶氧儀的核心是克拉克型覆膜電極。其工作原理基于電化學(xué)：電極頂端覆蓋一層高透氧性且疏水的聚合物薄膜，將內(nèi)部電解液和陽極陰極與被測(cè)發(fā)酵液物理隔離。溶解氧分子透過膜擴(kuò)散進(jìn)入內(nèi)部電解液，到達(dá)陰極表面。在恒定的極化電壓作用下，陰極將氧分子還原，產(chǎn)生電流。該擴(kuò)散電流的大小，在膜特性、極化電壓和電解液恒定的條件下，與膜外溶解氧的分壓或濃度成正比。儀表通過測(cè)量此微小電流，并經(jīng)過溫度補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算，較終顯示溶解氧的百分比飽和度或濃度值。
發(fā)酵過程的獨(dú)特環(huán)境對(duì)溶氧電極提出了苛刻要求。發(fā)酵液通常為成分復(fù)雜的多相體系，含有菌體、蛋白質(zhì)、多糖等，極易在膜表面形成黏附層，阻礙氧擴(kuò)散。發(fā)酵罐需經(jīng)歷高溫高壓滅菌，電極必須能耐受至少一百二十?dāng)z氏度以上的飽和蒸汽反復(fù)滅菌。攪拌與通氣產(chǎn)生的劇烈流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境，要求電極結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且響應(yīng)快速。此外，長(zhǎng)期運(yùn)行中，電解液會(huì)逐漸消耗，膜可能老化、破損或被污染。
因此，針對(duì)發(fā)酵溶氧電極的維護(hù)是一套專業(yè)且嚴(yán)格的規(guī)程。較關(guān)鍵的耗材是透氧膜和電解液，必須按照制造商規(guī)定周期或在每次滅菌前檢查更換。更換時(shí)需在潔凈無塵環(huán)境下操作，確保膜平整無褶皺，內(nèi)部無氣泡。每次安裝電極進(jìn)入發(fā)酵罐前，必須進(jìn)行離線校準(zhǔn)，通常采用兩點(diǎn)法：在充分曝氣的飽和空氣中校準(zhǔn)百分之一百點(diǎn)，在無氧的Na?SO?溶液或氮?dú)猸h(huán)境中校準(zhǔn)零點(diǎn)。滅菌過程中，應(yīng)確保電極電纜接口密封嚴(yán)密，防止冷凝水侵入。在線運(yùn)行期間，需監(jiān)控響應(yīng)時(shí)間，若響應(yīng)顯著變慢，可能預(yù)示膜污染，可在不影響生產(chǎn)的情況下嘗試輕微地沖洗。每批發(fā)酵結(jié)束后，應(yīng)立即對(duì)電極進(jìn)行溫和清潔，清除生物膜。長(zhǎng)期儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)將其置于專用保護(hù)套中并保持濕潤(rùn)。只有通過如此精細(xì)的全生命周期管理，這支昂貴的精密傳感器才能持續(xù)為發(fā)酵過程的優(yōu)化與控制提供可靠的數(shù)據(jù)基石。
