在發(fā)酵工業(yè)中，溶解氧濃度是關乎微生物生長與代謝產(chǎn)物合成的命脈性參數(shù)。發(fā)酵用溶氧儀的核心是克拉克型覆膜電極。其工作原理基于電化學：電極頂端覆蓋一層高透氧性且疏水的聚合物薄膜，將內(nèi)部電解液和陽極陰極與被測發(fā)酵液物理隔離。溶解氧分子透過膜擴散進入內(nèi)部電解液，到達陰極表面。在恒定的極化電壓作用下，陰極將氧分子還原，產(chǎn)生電流。該擴散電流的大小，在膜特性、極化電壓和電解液恒定的條件下，與膜外溶解氧的分壓或濃度成正比。儀表通過測量此微小電流，并經(jīng)過溫度補償?shù)冗\算，較終顯示溶解氧的百分比飽和度或濃度值。
發(fā)酵過程的獨特環(huán)境對溶氧電極提出了苛刻要求。發(fā)酵液通常為成分復雜的多相體系，含有菌體、蛋白質(zhì)、多糖等，極易在膜表面形成黏附層，阻礙氧擴散。發(fā)酵罐需經(jīng)歷高溫高壓滅菌，電極必須能耐受至少一百二十攝氏度以上的飽和蒸汽反復滅菌。攪拌與通氣產(chǎn)生的劇烈流體動力學環(huán)境，要求電極結構堅固且響應快速。此外，長期運行中，電解液會逐漸消耗，膜可能老化、破損或被污染。
因此，針對發(fā)酵溶氧電極的維護是一套專業(yè)且嚴格的規(guī)程。較關鍵的耗材是透氧膜和電解液，必須按照制造商規(guī)定周期或在每次滅菌前檢查更換。更換時需在潔凈無塵環(huán)境下操作，確保膜平整無褶皺，內(nèi)部無氣泡。每次安裝電極進入發(fā)酵罐前，必須進行離線校準，通常采用兩點法：在充分曝氣的飽和空氣中校準百分之一百點，在無氧的Na?SO?溶液或氮氣環(huán)境中校準零點。滅菌過程中，應確保電極電纜接口密封嚴密，防止冷凝水侵入。在線運行期間，需監(jiān)控響應時間，若響應顯著變慢，可能預示膜污染，可在不影響生產(chǎn)的情況下嘗試輕微地沖洗。每批發(fā)酵結束后，應立即對電極進行溫和清潔，清除生物膜。長期儲存時，應將其置于專用保護套中并保持濕潤。只有通過如此精細的全生命周期管理，這支昂貴的精密傳感器才能持續(xù)為發(fā)酵過程的優(yōu)化與控制提供可靠的數(shù)據(jù)基石。
