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技術(shù)文章

pH電極的日常維護(hù)與保養(yǎng)

閱讀：71發(fā)布時(shí)間：2025-4-30

發(fā)酵培養(yǎng)基的pH值，對(duì)微生物生長(zhǎng)具有非常明顯的影響，也是影響發(fā)酵過(guò)程中各種酶活的重要因素。因此，pH的監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)，于發(fā)酵過(guò)程而言十分重要。

發(fā)酵過(guò)程中通常是采用pH電極直接插入罐內(nèi)發(fā)酵液的方式對(duì)pH進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。而高壓高溫的滅菌操作和發(fā)酵液的理化性質(zhì)會(huì)對(duì)pH電極測(cè)量造成影響，所以正確的使用方法和日常的維護(hù)保養(yǎng)尤其關(guān)鍵。

1. 安裝使用前的準(zhǔn)備

① 打開包裝時(shí)，要仔細(xì)檢查電極的pH敏感膜玻璃、隔膜（素?zé)沾尚荆┖筒Ａw是否存在機(jī)械損傷。

② 取下盛液套并用純水清洗電極頂部，然后用濕紙巾或者吸水紙輕輕擦干。注意不要摩擦pH敏感膜，以防增加響應(yīng)時(shí)間。

③ 將pH電極平緩移至垂直位置以防pH敏感膜玻璃球泡內(nèi)存有氣泡。如沒(méi)有充滿液體或存有氣泡，應(yīng)輕輕甩動(dòng)電極使球泡內(nèi)充滿液體，直至沒(méi)有氣泡。

④ 電極使用前可先在酸性緩沖液（pH4.01）中浸泡數(shù)分鐘，用純水沖洗玻璃球泡部分，再用吸水紙輕輕將玻璃球泡部分的水吸干，再在中性緩沖液（pH6.86或7.00等）中浸泡數(shù)分鐘以活化電極，然后再開始校準(zhǔn)。

2. pH電極兩點(diǎn)校準(zhǔn)操作

將pH電極在標(biāo)準(zhǔn)緩沖液中浸泡10min，待測(cè)定數(shù)值穩(wěn)定1min左右后，再依次進(jìn)行pH電極的第1點(diǎn)標(biāo)定和第二點(diǎn)標(biāo)定。

以HOLVES發(fā)酵罐為例：

① 進(jìn)行校準(zhǔn)前，根據(jù)緩沖液類型進(jìn)行參數(shù)選擇：[GB]指使用的是符合GB/T27501-2011標(biāo)準(zhǔn)的緩沖液，一般使用的幾種緩沖液pH值為4.00、6.86和9.18，其相對(duì)應(yīng)的“穩(wěn)定度”即“緩沖液的不確定度”通常選擇±0.02pH。霍爾斯通常使用的是METTLER TOLEDO InPro3030系列pH電極，參數(shù)[MT_9]即對(duì)應(yīng)其品牌的緩沖液，一般使用的緩沖液pH值為4.01、7.00和9.21，其“穩(wěn)定度”需根據(jù)所使用的緩沖液型號(hào)進(jìn)行選擇。

② 連接電極，并用純水沖洗電極，沖洗后再用吸水紙輕輕吸干探頭上的水。

③ 將玻璃球泡部分浸沒(méi)在第1種緩沖液（例pH=4.01）內(nèi)（隔膜應(yīng)浸沒(méi)在緩沖液中），待標(biāo)準(zhǔn)值穩(wěn)定后（30秒至60秒）點(diǎn)擊第1點(diǎn)確認(rèn)，第1點(diǎn)標(biāo)定結(jié)束。

④ 將電極從第1種緩沖液中取出，并用純水沖洗電極，沖洗后再用吸水紙輕輕吸干探頭上的水。

⑤ 將玻璃球泡部分浸沒(méi)在第二種緩沖液（例pH=9.18）內(nèi)（隔膜應(yīng)浸沒(méi)在緩沖液中），待標(biāo)準(zhǔn)值穩(wěn)定后（30秒至60秒）點(diǎn)擊第二點(diǎn)確認(rèn)，第二點(diǎn)標(biāo)定結(jié)束，等待使用（建議時(shí)間不要太長(zhǎng)）。

3. 電極校準(zhǔn)時(shí)的注意事項(xiàng)

① 校準(zhǔn)時(shí)請(qǐng)注意采用新鮮的緩沖液；

② 電極在緩沖液中放置1min后再進(jìn)行后續(xù)操作；

③ 沖洗電極后只能用柔軟的吸水紙吸干水分，切勿摩擦pH敏感膜；

④ 電極的校準(zhǔn)周期根據(jù)不同的使用環(huán)境和精度要求而定，請(qǐng)?jiān)诒ＷC精度的前提下確定適當(dāng)?shù)男?zhǔn)周期；

⑤ 由于pH電極探頭及其易碎，所以在使用過(guò)程中切勿磕碰。

4. pH電極性能測(cè)試

pH電極測(cè)定酸堿度法是依據(jù)能斯特（Nernst）方程原理來(lái)進(jìn)行的，電極的電動(dòng)勢(shì)與pH值呈線性關(guān)系，一般用兩種不同pH值的緩沖液進(jìn)行標(biāo)定，用來(lái)確定曲線的斜率。而通常所說(shuō)的pH電極響應(yīng)斜率，是指pH電極用來(lái)把電極的毫伏（mV）信號(hào)轉(zhuǎn)換為pH值，它是通過(guò)不同緩沖液測(cè)得的電壓差值，除以緩沖液差值得到的。這個(gè)斜率是判定電極壽命是否耗盡的一個(gè)重要指標(biāo)。

（Nernst能斯特方程）

需要注意的是，由于斜率與溫度呈正比關(guān)系，當(dāng)溶液溫度發(fā)生變化，根據(jù)能斯特方程，溶液的ΔE將隨溫度T呈線性變化，而電極是根據(jù)檢測(cè)到的溶液電動(dòng)勢(shì)能換算成pH值的，所以必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償以抵消溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

（斜率與溫度呈正比關(guān)系）

所謂溫度補(bǔ)償，是將電極在標(biāo)定溫度下（一般為25℃）得到的斜率按能斯特公式換算到當(dāng)前溫度下的斜率，從而得到當(dāng)前溫度下正確的pH值。主要用來(lái)修正由于標(biāo)準(zhǔn)緩沖液等標(biāo)樣在標(biāo)定時(shí)的溫度與實(shí)際樣品溶液溫度不同引起的偏差。

HOLVES系列產(chǎn)品可以通過(guò)設(shè)備的溫度電極測(cè)量到當(dāng)前液體溫度，然后通過(guò)自身軟件計(jì)算后，顯示經(jīng)溫度補(bǔ)償后的pH值。所以，無(wú)論是校準(zhǔn)還是性能測(cè)試，都需要確保設(shè)備的溫度電極是工作狀態(tài)。

斜率測(cè)試具體操作方法：

① 把進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)后的電極用純水清洗，并用柔軟的吸水紙吸干水分。

② 按照上文校準(zhǔn)時(shí)使用的方法調(diào)整參數(shù)與穩(wěn)定度，下文以MT標(biāo)準(zhǔn)為例。

③ 首先使用pH=7.00的緩沖液測(cè)定零點(diǎn)，并在顯示屏上讀出mV值。HOLVES標(biāo)配的pH電極零點(diǎn)在6.5~7.5范圍內(nèi)，表示電極正常。

④ 將電極清洗后，再插入pH=4.01（記作pH1）的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，在顯示屏上讀出mV值（記作mV1）

⑤ 將電極清洗后，再插入pH=9.21（記作pH2）的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，在顯示屏上讀出mV值（記作mV2）

⑥ 計(jì)算電極的斜率，即（mV1-mV2）/（pH1-pH2）

⑦ 根據(jù)能斯特方程理想狀態(tài)下（25℃）時(shí)，理想斜率為59mV/pH，即溶液每變化一個(gè)pH值，電極就產(chǎn)生59mv的電位變化。那么理想校正下，斜率應(yīng)在59mV/pH左右。當(dāng)斜率的值小于53mV/pH或者大于63mV/pH時(shí)，需要更換新的pH電極，所以當(dāng)校正斜率在53~63mV/pH范圍時(shí)，結(jié)果是可信的。

發(fā)酵罐可直接讀出電極所測(cè)液體的電壓信號(hào)，并且如果電極出現(xiàn)問(wèn)題或者安裝、使用錯(cuò)誤，pH校準(zhǔn)界面下方會(huì)彈出電極不可用紅色提示字樣，方便客戶了解電極的使用狀態(tài)。

5. 電極的清洗

① 一般性污染用水、0.1mol/L NaOH或0.1mol/L HCl清洗電極數(shù)分鐘。

② 油脂或有機(jī)物污染用丙酮或乙醇清洗電極數(shù)秒鐘。

③ 硫化物污染（隔膜發(fā)黑）用硫脲/HCl處理，將玻璃球泡部分浸泡在溶液中（隔膜應(yīng)沒(méi)入溶液中），直到隔膜無(wú)色（至少1小時(shí)），然后浸泡在3mol/L的KCl中至少12小時(shí)，沖洗并重新校準(zhǔn)后可使用。

④ 蛋白質(zhì)污染（隔膜發(fā)黃）用胃液素/HCl處理，將玻璃球泡部分放入溶液中，確保隔膜浸沒(méi)在溶液中（至少1小時(shí)），然后用蒸餾水沖洗、重新校準(zhǔn)。

6. 電極的保存

① 每個(gè)生產(chǎn)周期結(jié)束后，使用去離子水認(rèn)真沖洗電極頭與隔膜，絕不可使這些零件上的測(cè)量溶液變干。

② 電極不可放在蒸餾水中保存，較長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，應(yīng)當(dāng)將其連同電極頭與隔膜充分浸泡在3mol/L的KCI或9816/ViscolytTM電解液內(nèi)。

③ 電極不能長(zhǎng)期干放，不能在表面附有干燥介質(zhì)時(shí)貯存電極。如果因錯(cuò)誤導(dǎo)致電極被干燥存放數(shù)日，應(yīng)在使用之前將其浸泡在正常存儲(chǔ)電解液內(nèi)若干小時(shí)。

④ 應(yīng)時(shí)常檢查連接器是否出現(xiàn)受潮跡象。如有必要,用去離子水或酒精清洗，然后小心擦干。

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