维权声明:本文为sc360xp原创作品,本作者与仪器信息网是该作品合法使用者,该作品暂不对外授权转载。其他任何网站、组织、单位或个人等将该作品在本站以外的任何媒体任何形式出现均属侵权违法行为,我们将追究法律责任。
这不是实验室普通化学分析使用的PH电极,是安装在生物工程发酵大罐上在线测量PH的电极,价格可不低,梅家报价好几千元一只。
面对生物发酵罐的高温消毒、有一定罐压、多种有机和无机物质混合液体介质、发酵周期长等复杂条件,这种在线PH电极要比实验室PH计的普通电极在设计、选材、制造方面有更高的要求。下面解剖一只从发酵大罐上换下来的一只PH电极,让我们仔细看看其内部结构。
一、生物发酵罐PH电极基本情况发酵罐使用的在线PH计示意图如下(其它传感器温度、溶氧、压力等未画出),一般在罐体中下部位,用带压力表的专用金属护套进行安装。
![]()
新的梅特勒PH电极是下图这样的,型号465-50-SC-P-S7/9848。它是一种可添加液态电解质的工业PH电极,使用在生物发酵罐上,能够经受住高温消毒、适当罐压、发酵液成分复杂、长时间持续地进行精确测量:
![]()
这是添加电解质口,存放时用橡胶塞封住,避免漏液:
![]()
前端,用缓冲液罩住电极头,保护指示电极(玻璃电极)的敏感膜。梅特勒的这种电极采用曾获得专利的银离子阱技术,可防止在硫化物介质内的隔膜表面形成大量的硫化银,从而延长了电极的使用寿命。玻璃电极与参比电极分别在粗细两只玻璃管中,外面是管壁较厚的大玻璃保护管。可以看见参比电极中的银离子阱及各段没变色。
![]()
在发酵罐内耐高温消毒,适应成分比较复杂的发酵液体介质,是这只PH电极的特性。取下缓冲液罩,看看电极头上两侧的隔膜(络液部),它的材质是微孔陶瓷。如果在使用中被硫离子污染,会变黑色;被蛋白质污染,会发黄:
![]()
绘出电极结构图如下,对各部分关系看得更清楚:
![]()
电极头局部的放大图形:
二、PH电极拆解下面,是这次要拆解的车间已报废PH电极,安装在有压力表的金属护套中。生产车间环境不好,外观比较脏:
![]()
打开护套,看见里面安装的电极:
![]()
护套上的压力表,最大量程10bar。工作时,护套内压力应保持高于罐内压力1.5bar以上的正压力(
注意:最高不能超过6bar!):
![]()
从护套中取出电极:
![]()
![]()
电极外玻壳上印有型号465-50-SC-P-S7/9848,PH测量范围0~12,工作温度0~130℃,电极杆长度(细杆部分)150mm,加液最大限位线等:
![]()
电极头部分:
![]()
这个角度看,大玻璃管内有一粗一细两根玻璃管。粗玻璃管是指示电极导线支撑管,导线的两个折弯之间是内缓冲液液位,这只电极的内缓冲液液位已经在下限位置(这种标示方式,有些像汽车的机油尺)。细玻璃管是参比电极导线支撑管:
![]()
为了看得更仔细,敲碎玻璃管外壳。不小心,粗玻璃管内的玻璃电极导线连接处折断了:
![]()
进一步剥离后,玻璃电极与参比电极信号引出的连接处:
![]()
玻璃电极信号引出的连接处采用镀金接插件,确保接触良好:
![]()
电信号采用S7型电缆插接头,也是镀金的:
![]()
电极头部位。粗玻璃管(玻璃电极引线支撑管)直通敏感膜球泡,内部有内缓冲溶液;细玻璃管是参比电极支撑管,在旁边:
![]()
将玻璃电极的粗玻璃管敲脱掉,看见管内的电极引线直通达敏感膜球泡内:
![]()
玻璃电极引线直径0.6mm,材质采用银/氯化银。它是在银丝上镀了一层AgCl沉淀制作而成。在显微镜下观察,头部的氯化银镀层已经严重腐蚀:
![]()
电极引线上其它部位表面的腐蚀情况(视觉关系,看似花斑,实际是腐蚀坑):
![]()
![]()
电极引线在弯折部位表面的腐蚀轻微:
![]()
敏感膜球泡部位,是一种特殊玻璃膜,大约厚0.3mm,表面不太光滑,有一些蚀坑:
![]()
从内部看,两侧的微孔陶瓷隔膜已经发黑,说明发酵介质内含有有硫离子在隔膜中形成了硫化银(正常使用时,应用专用隔膜清洁剂清洗):
![]()
下面是参比电极,由于甘汞电极在70℃以上时电位值不稳定,而发酵罐消毒时,湿热温度达到120℃,因此采用银/氯化银电极。此报废电极的AgCl混合物段及银离子阱已变成黑色:
![]()
参比电极的前端,用多间隙的棉花纤维塞住,便于浸入参比电解质溶液:
![]()
敲碎参比电极玻璃管,看看内部的芯结构。银离子阱和AgCl混合物段已成黑泥状:
![]()
管内的棉花纤维:
![]()
参比电极信号引线分为两个部分,前端(参比电极头)为Ag/AgCl引线,后段(接电缆头)为Ag引线:
![]()
参比电极引线前端(Ag/AgCl)的显微图片,表面的AgCl镀层呈灰黑色,没见到蚀斑:
![]()
参比电极后段的银引线,直径0.4mm,由于密封在细玻璃管内,没有任何腐蚀,自然光下呈银白色,在显微镜下呈现为黑色:
![]()
拆解后的零件见下图,很简单。关键技术还在梅家电极制作的设计、材料、工艺等内在方面体现出来,使得电极适应生物工程发酵的条件,准确度高、寿命较长。
三、使用注意事项通过对梅特勒发酵工程PH电极拆解,看来还是比较娇气的。其寿命取决于使用条件和精心维护。注意以下几个方面:
经常巡视护套压力表,保持正常工作压力(罐压+1.5bar≤护套内压力≤6bar);
及时添加补足电解质溶液;
做好对电极的常规清洁。对一般性污染,用水、0.1mol/l NaOH或0.1mol/l HCl清洗电极数分钟。油脂或有机物污染,用丙酮或乙醇清洗电极数秒钟;当隔膜发黄,及时使用专用清洁剂(9891)清洁蛋白质污染;当隔膜发黑,及时使用专用清洁剂(9892)清洁硫化物污染;
电极较长时间不用时,应按说明书要求保存在合适的液体中;
电极不能长期干放,不能在表面附有干燥介质时贮存电极;
发酵罐检修或闲置时,应取下电极妥善保管,避免受到意外损坏;
电极敏感膜钝化后,可以使用梅特勒的电极再生液(9895)进行有限再生。再生处理后,应进行校准。