在生物發(fā)酵過(guò)程中，溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)是影響微生物生長(cháng)、代謝及產(chǎn)物合成的關(guān)鍵參數之一。為了實(shí)現對發(fā)酵液中溶氧濃度的實(shí)時(shí)監測與控制，發(fā)酵過(guò)程溶氧電極作為核心檢測裝置被廣泛應用于各類(lèi)發(fā)酵系統中。其工作原理主要基于電化學(xué)反應機制，并結合現代傳感技術(shù)，確保數據的準確性與穩定性。
 

　　一、溶氧電極的基本結構
 

　　典型的溶氧電極由陰極、陽(yáng)極、電解液、透氣膜等部分組成。其中，陰極通常為金或鉑金屬，陽(yáng)極為銀或鉛；電解液一般采用KCL溶液；而覆蓋在電極前端的氣體滲透膜則是一種選擇性透過(guò)氧氣而不允許水分子和離子通過(guò)的高分子材料，如聚四氟乙烯(PTFE)或硅橡膠。
 

　　二、工作原理：電化學(xué)還原反應
 

　　溶氧電極的工作基于克拉克(Clark)氧傳感器原理。當電極通電后，在陰極表面發(fā)生氧的還原反應，與此同時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應釋放電子以維持電路平衡。溶解在發(fā)酵液中的氧氣通過(guò)透氣膜擴散進(jìn)入電極內部，并在陰極處參與反應，產(chǎn)生電流信號。該電流大小與進(jìn)入電極的氧分子數量成正比，從而實(shí)現對溶氧濃度的測量。
 

　　三、溫度補償與極化電壓控制
 

　　由于氧氣的溶解度和電極響應受溫度影響較大，現代溶氧電極通常內置溫度傳感器，通過(guò)軟件算法進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度補償，以提高測量精度。此外，電極需要施加一個(gè)穩定的極化電壓，使電極處于較佳工作狀態(tài)，避免因電壓波動(dòng)導致的測量誤差。
 

　　四、動(dòng)態(tài)響應與校準要求
 

　　在發(fā)酵過(guò)程中，溶氧水平可能隨攪拌、通氣等因素快速變化，因此溶氧電極需具備良好的動(dòng)態(tài)響應能力。同時(shí)，為保證測量數據的可靠性，電極在使用前和運行過(guò)程中需定期進(jìn)行兩點(diǎn)校準，即在無(wú)氧環(huán)境(如亞硫酸鈉溶液)和飽和氧環(huán)境中分別校正零點(diǎn)和滿(mǎn)量程。
 

　　五、應用中的關(guān)鍵維護措施
 

　　為延長(cháng)電極壽命和保持測量精度，日常維護至關(guān)重要。主要包括：
 

　　定期更換或補充電解液；
 

　　清洗透氣膜防止污染堵塞；
 

　　避免機械碰撞造成電極損傷；
 

　　周期性檢查電纜連接和密封性能。
 

　　發(fā)酵過(guò)程溶氧電極作為發(fā)酵過(guò)程在線(xiàn)監測的核心工具，其測量精度直接影響到發(fā)酵工藝的調控效果。深入理解其工作原理、掌握正確的操作與維護方法，對于提升發(fā)酵效率、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。隨著(zhù)傳感器技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)溶氧電極將向更高精度、更長(cháng)壽命、智能化方向不斷演進(jìn)，為生物制造領(lǐng)域提供更加穩定可靠的技術(shù)支持。