《发酵过程参数测定》PPT课件

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1、第六章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P1

2、88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+]=0.00001时用pH5表示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

3、pH值会有较大的差别，有时甚至达0.5~1。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/=E0-2.303pH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－H

4、g2Cl2一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-+2HgHg2Cl2+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

5、位只与氯化钾的活度有关而不受被测溶液的酸碱度影响（2）指示电极对指示电极的电位值随被测溶液氢离子活度的变化而变化。原则上讲，任何与氢离子可逆反应的电极都可用来测定溶液的pH。离子选择性电极的结构离子选择性电极的结构其中敏感性膜部分随组成材料的不同而各有特色。测定pH值的玻璃电极的敏感膜是厚度为10－1～10－3mm的玻璃薄膜，其电阻为50～500mΩ。指示电极的关键是敏感膜H+H+H+H+H+H+KCl溶液待测溶液浓度差引起电位差——浓差电极玻璃敏感膜（3）膜电位膜电位是由于膜两侧离子活度的差异而产生，故可看作是一种浓差电位。玻璃电极在使用前必须先在水中浸泡一段时间，玻璃膜表面

6、吸收水分溶解，并且其中的一价阳离子（如Na+离子）与水中H+离子发生离子交换反应。SiO-Na++H+SiO-H++Na+使膜表面形成以SiO-H+为主要成分的水合硅胶层，厚度约为10-4~10-5mm液试水合硅胶层干玻璃层水合硅胶层内参比溶液α1α1’α2’α2ε1—--△ε--—ε2以α1、α2分别表示试液内与内参比溶液中H+离子活度，α1’、α2’分别表示外侧与内侧硅胶层表面H+离子活度，由于水合硅胶层表面与内（内参比溶液）、外（试液）溶液中的H+离子从活度大的一方向小的一方迁移，使玻璃膜的外、内侧分别产生相界电位ε1和ε2。经水浸泡后的玻璃膜截面成为三层结构，如图。则有

7、：外侧:ε1=K1+内侧：ε2=K2+可以认为，玻璃膜两侧表面性状基本相同，故K1=K2，水合硅胶层表面一价阳离子点已基本被质子占据，故α1’=α2’，于是玻璃膜内、外侧之间的电位差△ε膜=ε1-ε2=由于内参比溶液的H+活度α2一定，故玻璃膜电位与待测溶液的H+离子活度（pH值）成线性关系。△ε膜=常数+在25℃下：△ε膜=常数-0.0591pH（试液）但实际上玻璃膜内外侧表面性状总有微小差别，即使α1=α2时，△ε膜≠0，这差别所产生的电位叫不对称电位（ε不对称），这样整个玻璃电极（指示