pH感測器

pH感測器，用來檢測被測物中氫離子濃度並轉換成相應的可用輸出信號的感測器。

基本介紹

• 中文名：pH感測器
• 用來檢測：可用輸出信號
• 性質：感測器
• 構成：化學部分和信號傳輸部分

簡介

定義

pH感測器，通常由化學部分和信號傳輸部分構成。pH感測器常用來進行對溶液、水等物質的工業測量。

特點

1. 快速的電纜接頭，防水功能，避免安裝時出現電纜扭絞現象；

2. 壽命長，在有毒離子水溶液中性能良好；

pH感測器

3. 多種安裝方式，便於裝配；

4. 抗化學腐蝕能力強，整體密封，消除泄漏現象。

套用

pH感測器可以對大型反應槽或製程管路中pH值測定；耐高溫殺菌、CIP清洗；電極長度有120、150、220、250、450 mm等多種選擇。貝爾公司T255/T335PH感測器用於多種場合的pH值測量，比如：廢水污水場合pH值測量，電鍍廢水場合pH值測量，高溫場合pH值測量，發酵場合pH值測量，高壓場合pH值測量等多種場合pH值的測量。

清洗與保養

1、電極避免乾放，當電極不用時，要用水沖洗乾淨並插回加有3molKcl的盛液套內，或者將電極插入加有3molKcl的容器中。

2、檢查接頭處是否乾燥清潔，如有玷污，需用無水酒精擦洗乾淨吹乾後使用。

3、pH電極應定時清洗，若電極玻璃球泡與聚四氟乙烯環形液接界污染，可用下列試劑清洗:

① 油脂或含油物可用表面活性劑清洗。

② 鈣沉澱物或金屬氫氧化物可用10%的稀鹽酸清洗。

③ 硫化物沉澱可用10%的稀鹽酸清洗。

④ 蛋白質附著物可用10%的稀鹽酸和胃蛋白酶的混合物清洗。

4、ORP電極表面應該是光亮的，粗糙的或受污染的表面會影響電極的電位。可用以下方法清洗活化:

1）對無機物污染，可將電極浸入0.1mol/L稀鹽酸中30分鐘，用純水清洗，再浸入3.5mol/L氯化鉀溶液中浸泡6小時後使用。

2） 對有機油污和油膜污染，可用洗滌劑清洗鉑金表面後用純水清洗，再浸入3.5mol/L氯化鉀溶液中浸泡6小時後使用。

3）鉑金表面污染嚴重形成氧化膜，可用牙膏對鉑金表面進行剖光，然後用純水清洗，再浸入3.5mol/L氯化鉀溶液中浸泡6小時後使用。

使用方法

在使用時，通常先將pH感測器加上不鏽鋼保護套，再插入發酵罐中。大多數pH感測器都具有溫度補償系統。由於電極內容物會隨使用時間或高溫滅菌而不斷變化，因而在每批發酵滅菌操作前均需進行標定，即用標準的pH緩衝液校準。通常pH感測器的測定範圍是0～14，精度達±(0.05～0.1)，回響時間為數秒至數十秒，靈敏度為0.1。

⑴校準 。必須在使用前對感測器進行校準，這是對發酵罐進行滅菌的最後一步操作。感測器的校準在發酵罐外進行，將pH電極浸沒到含一種或多種標準緩衝液的適當容器中進行校準。這些操作最好均在發酵罐運行溫度下進行。pH電極需與發酵過程中使用的pH計相連線，pH計的校準裝置可按常規的pH計校準步驟來調整。由於發酵過程中重新校準的時分困難或者不可能，最好能固定pH計的校準控制，以避免實驗中的偶發性偏移，許多商業性的儀表都提供一些固定螺絲。

⑵ 滅菌 。校準以後，應該將感測器插入到發酵罐中並進行密封。在發酵罐滅菌時，一般將pH計的連線物移開(採用高壓滅菌鍋滅菌時)，滅菌後重新連線，pH感測器開始工作。也有實驗操作人員用酒精對pH感測器單獨消毒(即不放入滅菌鍋)，主要是為了延長感測器的使用壽命。然後需將感測器立即插入且密封在罐內。必須指出，這一過程可能染菌。儘管有些報導稱在研究中規則地使用這一步驟沒有問題。具體方法如下：放好感測器，加上一個合適的配件以使pH探頭易於由發酵罐頂盤進行安裝，然後將其在無水酒精中至少放置l h。探頭和配件必須是很乾淨的，探頭的浸沒位置應高於配件。最後應迅速地將感測器轉移到預先滅好菌的發酵罐中，其已與空氣供應系統相連，而且其中的空氣已開始流動。

⑶ 校準的檢查。 在滅菌或使用過程中，很可能會使校準發生偏移。對於狀況良好的感測器，這種偏移不會超過0.2個單位。但一些研究人員仍建議在發酵罐滅菌以後進行校準或者再校準。已有適用於較大發酵罐的這種系統，可以完全無菌地取出感測器，再將其部分地插入校準緩衝液中進行校準。在實驗室規模下，有必要將感測器完全移出，利用前述的化學處理方法來進行再消毒。在實驗室中檢查一個可疑校準的較好方法是對發酵液進行無菌取樣，在發酵罐外測量其pH值儘快進行檢測、讀數。因為細胞在不斷變化的條件下(例如在連續培養中氧和基質的消耗)進行連續代謝，如果培養基的緩衝性能較差，pH在幾分鐘內即可發生顯著變化，從而無法正確檢查感測器的校準。

相關資料

常規維護

探頭需時常地填充或填滿電解液，實際上這是參比電極的電解液，它會通過多孔塞慢慢的流失。製造商會為其感測器提供專用液體，但許多實驗人員願意自己配製：濃縮或飽和的KCl溶液，有時添加一定的溶質來增加黏度(一般是當感測器在原位高壓滅菌時)。理論上電解液液位應保持足夠高，以使其靜壓超過發酵液，從而使通過多孔塞的流體傾向於從感測器流向發酵液，但實踐中往往難以實現。儘管電解液液位高於發酵液，但是通風發酵罐的頂部空間壓力一般會稍微高於大氣壓，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，這可能是實踐中的最大值，這也是多孔塞結垢的部分原因。如果pH探頭具有密封的外套產，在發酵過程中可能有利於維持正的表壓。

使用中的問題

在實際使用過程中，pH實際使用過程中，在pH感測器可能會存在以下問題：靈敏度/斜率下降，回響遲緩，噪聲信號以及化學破壞。

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係(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，靈敏也會不斷下降。大多的pH計或放大器能控制並改變其將電壓信號轉變為pH讀數的靈敏度(通常標記為斜率或靈敏度)，可由mv或溫度來定標(因為溫度是理論上影響斜率的惟一因素)。值得注意的是，這不同於“緩衝液設定”或“零控制”。將系統進行某種pH校準(通過緩衝液設定控制)後，再用一種或多種緩衝液進行檢驗。與預期結果不同的是，pH計的讀數會系統性地偏離已知緩衝液的pH值。。如果所得到的線比較陡，說明斜率設定過低；如果所得的線比較平緩，則說明斜率設定過高。

⑵清洗 ：當pH探頭表現出回響延遲或靈敏度下降時，就需要對其進行清洗。pH探頭惡化的主要原因是發酵液中的物質污染了多孔塞，多孔塞如果被污染就會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 HCl溶液中，這樣不會損壞pH感測器(這也可用於運行間歇期間常規保存pH探頭)。有時添加胃蛋白酶有助於去除蛋白質沉澱。如果HCl處理沒有效果，可以嘗試下面兩種方法，儘管它們具有一定的損壞pH探頭的風險，但也有一定的效果。將pH探頭浸泡於1%左右的H₂O₂ 溶液中約1～2h；或者對多孔塞進行溫和的機械清洗，即採用鋒利的刀片颳去外表面的沉積物。

⑶ 電干擾： pH計的高阻抗和放大器線路可能會產生一些問題，這使得pH探頭對由其他電氣設備的雜散場入口的感應電壓帶來的噪聲比較敏感，對由載有pH探頭信號的兩個接線柱間微量的電流泄漏引起的錯誤回響也較為敏感。為此pH感測器或pH計的製造商提供了專用的禁止導線和接線柱。如果存在過量噪聲，可將pH探頭導線從其他電線處移開以減少噪聲。攪拌器電機可能是一個干擾源，這可通過將電機關閉幾秒鐘來檢查。pH跡線上的尖峰與加熱器電路的開或關相對應(開關可以由燈來觀察或根據加熱器控制單元的繼電器切換的聲音來判斷)。高壓滅菌後出現的噪聲或不準確的讀數，可以反映滅菌過程中蒸汽冷凝引起的接線柱及導線的污染。

⑷防止機械破壞：pH探頭相當易碎，在發酵罐的安裝和清洗過程中容易破損。因些建議在發酵罐準備的後期再插入pH探頭(需要在這裡進行校準)，在使用後(下罐)拆卸時先取出pH探頭。感測器發生破損的很多情況是由於未取出感測器就直接提起了發酵罐的頂蓋。為了避免探頭在運行間歇期間貯存時產生破損， 一個簡便方法是將感測器置於一個塑膠量筒內，該量筒內裝有專用溶液。選擇合適的量筒尺寸，以使探頭的較寬部位也可放入，球形檢測部位懸浮在底部上方(如可將一個棉塞入量筒底部)，同時最好將量筒用夾子固定。