發(fā)酵罐中PH傳感器的正確使用

發(fā)酵罐中PH傳感器的正確使用

在使用時(shí)，通常先將PH傳感器加上不銹鋼保護(hù)套，再插入發(fā)酵罐中。大多數(shù)PH傳感器都具有溫度補(bǔ)償系統(tǒng)。由于電極內(nèi)容物會(huì)隨使用時(shí)間或高溫滅菌而不斷變化，因而在每批發(fā)酵滅菌操作前均需進(jìn)行標(biāo)定，即用標(biāo)準(zhǔn)的PH緩沖液校準(zhǔn)。通常PH傳感器的測(cè)定范圍是0～14，精度達(dá)±(0.05～0.1)，響應(yīng)時(shí)間為數(shù)秒至數(shù)十秒，靈敏度為0.1。

⑴校準(zhǔn) 必須在使用前對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，這是對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行滅菌的最后一步操作。傳感器的校準(zhǔn)在發(fā)酵罐外進(jìn)行，將PH電極浸沒到含一種或多種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液的適當(dāng)容器中進(jìn)行校準(zhǔn)。這些操作最好均在發(fā)酵罐運(yùn)行溫度下進(jìn)行。PH電極需與發(fā)酵過程中使用的PH計(jì)相連接，PH計(jì)的校準(zhǔn)裝置可按常規(guī)的PH計(jì)校準(zhǔn)步驟來調(diào)整。由于發(fā)酵過程中重新校準(zhǔn)的時(shí)分困難或者不可能，最好能固定PH計(jì)的校準(zhǔn)控制，以避免實(shí)驗(yàn)中的偶發(fā)性偏移，許多商業(yè)性的儀表都提供一些固定螺絲。

⑵ 滅菌 校準(zhǔn)以后，應(yīng)該將傳感器插入到發(fā)酵罐中并進(jìn)行密封。在發(fā)酵罐滅菌時(shí)，一般將PH計(jì)的連接物移開(采用高壓滅菌鍋滅菌時(shí))，滅菌后重新連接，PH傳感器開始工作。也有實(shí)驗(yàn)操作人員用酒精對(duì)PH傳感器單獨(dú)消毒(即不放入滅菌鍋)，主要是為了延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。然后需將傳感器立即插入且密封在罐內(nèi)。必須指出，這一過程可能染菌。盡管有些報(bào)道稱在研究中規(guī)則地使用這一步驟沒有問題。具體方法如下：放好傳感器，加上一個(gè)合適的配件以使PH探頭易于由發(fā)酵罐頂盤進(jìn)行安裝，然后將其在無水酒精中至少放置lh。探頭和配件必須是很干凈的，探頭的浸沒位置應(yīng)高于配件。最后應(yīng)迅速地將傳感器轉(zhuǎn)移到預(yù)先滅好菌的發(fā)酵罐中，其已與空氣供應(yīng)系統(tǒng)相連，而且其中的空氣已開始流動(dòng)。

⑶ 校準(zhǔn)的檢查 在滅菌或使用過程中，很可能會(huì)使校準(zhǔn)發(fā)生偏移。對(duì)于狀況良好的傳感器，這種偏移不會(huì)超過0.2個(gè)單位。但一些研究人員仍建議在發(fā)酵罐滅菌以后進(jìn)行校準(zhǔn)或者再校準(zhǔn)。目前已有適用于較大發(fā)酵罐的這種系統(tǒng)，可以完全無菌地取出傳感器，再將其部分地插入校準(zhǔn)緩沖液中進(jìn)行校準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下，有必要將傳感器完全移出，利用前述的化學(xué)處理方法來進(jìn)行再消毒。在實(shí)驗(yàn)室中檢查一個(gè)可疑校準(zhǔn)的較好方法是對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行無菌取樣，在發(fā)酵罐外測(cè)量其PH值盡快進(jìn)行檢測(cè)、讀數(shù)。因?yàn)榧?xì)胞在不斷變化的條件下(例如在連續(xù)培養(yǎng)中氧和基質(zhì)的消耗)進(jìn)行連續(xù)代謝，如果培養(yǎng)基的緩沖性能較差，PH在幾分鐘內(nèi)即可發(fā)生顯著變化，從而無法正確檢查傳感器的校準(zhǔn)。

1.常規(guī)維護(hù)

探頭需時(shí)常地填充或填滿電解液，實(shí)際上這是參比電極的電解液，它會(huì)通過多孔塞慢慢的流失。制造商會(huì)為其傳感器提供專用液體，但許多實(shí)驗(yàn)人員愿意自己配制：濃縮或飽和的KCl溶液，有時(shí)添加一定的溶質(zhì)來增加黏度(一般是當(dāng)傳感器在原位高壓滅菌時(shí))。理論上電解液液位應(yīng)保持足夠高，以使其靜壓超過發(fā)酵液，從而使通過多孔塞的流體傾向于從傳感器流向發(fā)酵液，但實(shí)踐中往往難以實(shí)現(xiàn)。盡管電解液液位高于發(fā)酵液，但是通風(fēng)發(fā)酵罐的頂部空間壓力一般會(huì)稍微高于大氣壓，這是由出口氣體過濾器和出口管路阻力造成的。而探頭電解液室的頂部空間壓力在操作過程中通常為大氣壓。10³pa的壓差就需要探頭具有10cm的頂部高度，這可能是實(shí)踐中的最大值，這也是多孔塞結(jié)垢的部分原因。如果PH探頭具有密封的外套產(chǎn)，在發(fā)酵過程中可能有利于維持正的表壓。

2.使用中的問題

在實(shí)際使用過程中，PH實(shí)際使用過程中，在PH傳感器可能會(huì)存在以下問題：靈敏度/斜率下降，響應(yīng)遲緩，噪聲信號(hào)以及化學(xué)破壞。

⑴靈敏度/率斜在PH和探頭的電極電位之間存在一定的理論關(guān)系(見前述的能斯特方程)。新的PH探頭可接近其理論斜率(即25℃下每PH單位的電極電位為59mv),但隨著探頭的老化或破壞，靈敏也會(huì)不斷下降。大多的PH計(jì)或放大器能控制并改變其將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镻H讀數(shù)的靈敏度(通常標(biāo)記為斜率或靈敏度)，可由mv或溫度來定標(biāo)(因?yàn)闇囟仁抢碚撋嫌绊懶甭实奈┮灰蛩?。值得注意的是，這不同于“緩沖液設(shè)置”或“零控制”

⑵清洗  當(dāng)PH探頭表現(xiàn)出響應(yīng)延遲或靈敏度下降時(shí)，就需要對(duì)其進(jìn)行清洗。PH探頭惡化的主要原因是發(fā)酵液中的物質(zhì)污染了多孔塞，多孔塞如果被污染就會(huì)由白色變成褐色或黑色。為防止污染，可將PH探頭浸泡在10mmol.L-1HCl溶液中，這樣不會(huì)損壞PH傳感器(這也可用于運(yùn)行間歇期間常規(guī)保存PH探頭)。有時(shí)添加胃蛋白酶有助于去除蛋白質(zhì)沉淀。如果HCl處理沒有效果，可以嘗試下面兩種方法，盡管它們具有一定的損壞PH探頭的風(fēng)險(xiǎn)，但也有一定的效果。將PH探頭浸泡于1%左右的H 2O2 溶液中約1～2h；或者對(duì)多孔塞進(jìn)行溫和的機(jī)械清洗，即采用鋒利的刀片刮去外表面的沉積物。

⑶ 電干擾 PH計(jì)的高阻抗和放大器線路可能會(huì)產(chǎn)生一些問題，這使得PH探頭對(duì)由其他電氣設(shè)備的雜散場(chǎng)入口的感應(yīng)電壓帶來的噪聲比較敏感，對(duì)由載有PH探頭信號(hào)的兩個(gè)接線柱間微量的電流泄漏引起的錯(cuò)誤響應(yīng)也較為敏感。為此PH傳感器或PH計(jì)的制造商提供了專用的屏蔽導(dǎo)線和接線柱。，如果存在過量噪聲，可將PH探頭導(dǎo)線從其他電線處移開以減少噪聲。攪拌器電機(jī)可能是一個(gè)干擾源，這可通過將電機(jī)關(guān)閉幾秒鐘來檢查。PH跡線上的尖峰與加熱器電路的開或關(guān)相對(duì)應(yīng)(開關(guān)可以由燈來觀察或根據(jù)加熱器控制單元的繼電器切換的聲音來判斷)。高壓滅菌后出現(xiàn)的噪聲或不準(zhǔn)確的讀數(shù)，可以反映滅菌過程中蒸汽冷凝引起的接線柱及導(dǎo)線的污染。

⑷防止機(jī)械破壞PH探頭相當(dāng)易碎，在發(fā)酵罐的安裝和清洗過程中容易破損。因些建議在發(fā)酵罐準(zhǔn)備的后期再插入PH探頭(需要在這里進(jìn)行校準(zhǔn))，在使用后(下罐)拆卸時(shí)先取出PH探頭。傳感器發(fā)生破損的很多情況是由于未取出傳感器就直接提起了發(fā)酵罐的頂蓋。為了避免探頭在運(yùn)行間歇期間貯存時(shí)產(chǎn)生破損， 一個(gè)簡(jiǎn)便方法是將傳感器置于一個(gè)塑料量筒內(nèi)，該量筒內(nèi)裝有專用溶液。選擇合適的量筒尺寸，以使探頭的較寬部位也可放入，球形檢測(cè)部位懸浮在底部上方(如可將一個(gè)棉塞入量筒底部)，同時(shí)最好將量筒用夾子固定。