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Arbeitsprinzip und Anwendung von Fermentationssauerstoffelektroden
Datum:2025-06-23Lesen Sie:3
Die Fermentationssauerstoffelektrode ist die Kernüberwachungseinrichtung des Fermentationsprozesses, deren Arbeitsprinzip hauptsächlich in zwei Kategorien unterteilt ist, die jeweils in der Fermentationsindustrie spezifische Anwendungsszenarien haben:
1. Arbeitsprinzip
1. Extreme spektrale Sauerstoffelektrode
Sauerstoffreduktionsreaktion: 0,6-0,8V Polarisationsspannung auf die Elektroden-Oberfläche aufgebracht, löst Sauerstoff durch Polytetrafluorethylenfilm, in der Edelmetallkathode (wie Platin) die Reduktionsreaktion auftritt (O₂ + 2H₂O + 4e- → 4OH- ), während die Anode (wie Silber / Silberchlorid) die Oxidationsreaktion auftritt (4Ag + 4Cl- → 4AgCl + 4e- ), um einen Stromkreis zu bilden.
Strom und Sauerstoffkonzentration: Nach Faraday-Gesetz ist die Diffusionsstromstärke proportional zum Partieldruck des gelösten Sauerstoffs und wird die Sauerstoffkonzentration durch die Detektion der Stromstärke umgewandelt.
Temperaturkompensation: Der eingebaute Thermostor korrigiert den Einfluss der Temperatur auf die Sauerstoffdiffusionsrate und die Löslichkeit in Echtzeit (der Fehler kann über 1% / ° C liegen).
2. Optische Sauerstoffelektrode
Fluoreszenz-Löschprinzip: Blaues Licht stimuliert den Fluoreszenzstoff im Sensor, der rotes Licht emittiert, der gelöste Sauerstoff und die Kollision von Fluoreszenzmolekulen zur Verringerung der Intensität des roten Lichts führen (Löscheffekt), die Sauerstoffkonzentration wird durch die Erkennung des Grades der Rotlichtabbau berechnet.
Keine Polarisation und Elektrolyt erforderlich: Keine elektrochemische Reaktion, um die Polarisationszeit der Elektrode und die Wartungsanforderungen des Elektrolyten zu vermeiden.
II. Anwendungsmerkmale
1. Fermentationsprozessüberwachung
Online-Echtzeit-Verfolgung der Sauerstoffdynamik, wie z. B. ein signifikanter Rückgang der DO-Werte während der E. coli-Logarithmus-Wachstumsphase und eine spätere Erholung mit der Alterung des Bakteriums; Die Hefe muss > 20% DO aufrechterhalten, um die metabolische Effizienz zu gewährleisten.
Der Rührenbetrieb erhöht die Genauigkeit der Elektrodenreaktion durch eine verbesserte Sauerstoffdiffusion.
2. Wartung und Zuverlässigkeit
Die polaren Spektren müssen regelmäßig die Peroxygen-Membran und den Elektrolyten ersetzen, und die Verschmutzung oder Beschädigung der Membran führt zu einem Datenabschieb; Die Optik erfordert nur die Reinigung der Fluoreszenzkappe und geringe Wartungskosten.
Optische Störungsbeständigkeit (Beständigkeit gegen H₂S, pH-Schwankungen) und extreme Stabilität bei Spuren-Sauerstoffmessungen.
3. Szenenanpassung
Extreme Spektralreifung wird in industriellen Fermentationsbehältern (z. B. METTLER TOLEDO Elektroden) eingesetzt, die bis zu 130 °C hochtemperaturbeständig sind.
Die Optik eignet sich für die langfristige kontinuierliche Überwachung und komplexe Wasserqualitätsumgebungen (z. B. sulfidhaltige Fermentationsflüssigkeiten).