梅特勒-托利多_过程分析_【故障处理】溶氧电极发酵后期读数波动_任嘉麟

知识标题：发酵后期溶氧电极波动的故障处理方法
标签：氧，光学氧，电极，溶解氧，细胞培养，波动
知识来源：□原创；□官方
知识类型：□接线图；□安调指导；□故障处理；□校准说明；□维护保养；□证书；□专业理论；□其他__________
专业分类：□PH；□DO；□GAS；□电导率；□TOC；□浊度；□CO2；□Si/Na；□Cl/S；□微生物；□Ozone；□其他__________
设备类型：□传感器；□变送器；□护套；□线缆；□分析仪；□自清洗；
□其他__________
信号类型：□模拟；□智能ISM；□其他__________
变送器：□M100；□M200；□M300；□M400；□M700；□M800；□M420；□X100；□便携式；□其他__________
适用行业：□电力；□食品；□化工；□制药；□其他__________
证书类型：□防暴；□通讯协议；□卫生；□材料材质；□生产标准；□出场证书; □其他__________
摘要：
本文主要介绍了生物发酵罐，特别是研发小罐，在发酵后期读数波动的解决方法。

下图是细胞培养中常见的一种溶解氧测量读数波动现象，常常会发生在发酵后期。

用户往往会发现在发酵后期读数会有不可控波动情况产生。

以下介绍了一些故障排查办法。

发酵溶解波动趋势图
遇到类似问题以后，最常见的手段就是过程校准了。

但是过程标定往往会更改斜率，影响测量的准确度。

产生这种故障现象的原因一般分为以下几类:
1.极谱氧电极的膜片和电解液没有定期更换或者校准错误导致
2.极谱氧电极内电极积液造成读数波动
3.气泡干扰
4.随着发酵进行，生物生长覆盖传感器膜的现象
5.消泡剂干扰
解决办法：
1.上罐标定前必须正确检测电极性能SOP。

严格按照以下步骤操作可以最大程度
的避免上罐后电极异常和波动的产生。

在检测电极前建议先更换溶氧膜片和电解液。

并作极化（建议6小时）
检测内电极和电极杆的空载电流值：如图所示，将电极连接仪表，并取下溶氧膜把内电极擦干，置于空气中，同时观察电流值。

正常电极空载电流值<±0.03nA（一般使用的电极也应小于±0.5nA）如果大于±1nA则说明电极内有积液，需返厂维修。

安装膜片后观察空气电流值。

正常电极安装完膜片后空气电流值应在-40~-110nA之间，如果超出此范围，说明需要更换膜片和电解液。

检测零点。

此步骤往往被发酵客户忽略。

零点如果检测标定有误会导致发酵后期曲线偏离，停滞不变等情况。

故零点检测对于极谱氧来说也是非常必要的。

有的客户往往会上罐后用沸水标定零点，这个是小罐用户的通用做法，并无不对，但有时候会检测不到一些零点漂移的情况。

标准的零点检测应该如图所示。

将电极置于测量流通池中，通入99.995%以上纯度的氮气或者二氧化碳来
进行检测。

检测标准为：90s内降到1%以下。

如果下降速度过慢，或者降
不到1%以下，都说明内电极存在积液现象，需要联系厂家维修。

2.通过检测的电极再正确的极化和标定，可以大大减少细胞培养发酵后期数据波
动的情况。

特别针对一些使用年限长，内电极进液严重的极谱氧电极，梅特勒-托利多服务专门提供了电极清洗的服务。

详询4008-878-989咨询。

3.气泡干扰造成氧读数波动的故障处理方法：
试验显示10L以下直插型发酵小罐的溶氧电极往往会因气泡干扰导致读数波动。

如图：
从试验数据也可看出不同氧电极在相同介质中显示不同的含氧量也是由于气泡造成的。

那如何来避免气泡呢？
用户可以选用光学氧电极或者将电极头部做一些特殊处理。

这里以梅特勒光学氧电极举例：
该款斜角光学帽表面经过钝化亲水处理，形成了特殊的亲水膜层，气泡不容易黏附在不锈钢表面，且斜角的设计在直插环境中形成一个特殊斜角，方便气泡扩散。

这样就很好的解决了发酵后期气泡对于溶解氧测量读数波动的干扰。

4.随着发酵进行，有些装置的传感器膜上有可能出现生物生长现象。

生物生长将
会覆盖膜并消耗氧分子，阻止其进入传感器（请见下图）
在预计生物生长将会覆盖传感器膜的应用中，可使用带有T 型膜的传感器防止溶氧电极上的生物生长，这是因为 PTFE 层可对微生物起到排斥作用。

当生物生长特别严重时，也可以考虑倾斜角度安装或者测量罐顶部气相值，然后用亨利定律计算溶解氧值。

5.消泡剂的影响
有些生物发酵场合会使用速效型消泡剂，在添加消泡剂时也会造成溶氧值的波动。

实际是气泡减少，气液传递的界面减少，造成氧传质能力下降，因此溶氧下降。

但持续一段时候后即可恢复。

这种情况也需要被考虑在内。