Teilkomponenten und Einführung von Elektroden für gelösten Sauerstoff
Elektrodenstruktur eines Messgeräts für gelösten Sauerstoff: besteht im Allgemeinen aus Kathode, Anode, Elektrolyt und Kunststofffolie.
Elektrolyt: Die Formel des Elektrolyts gilt im Allgemeinen als vertraulich und wird von Händlern nicht ohne weiteres preisgegeben. Die Herstellung des Elektrolyts ist sehr speziell und erfordert die Verwendung von ionenfreiem Wasser. Einige verunreinigende Ionen beeinträchtigen die Leistung der Elektrode erheblich. Die verwendeten pharmazeutischen Reagenzien müssen mindestens AR-Qualität aufweisen. Zu den nützlichen Elektrolyten gehören KOH, KCl, Pb(AcO)2 und andere Feuchtigkeitssensorsonden, elektrische Heizrohre aus Edelstahl, PT100-Sensoren, Flüssigkeitsmagnetventile, Heizgeräte aus Aluminiumguss und Heizringe.
Film: Im Allgemeinen wird Polytetrafluorethylen (F4) oder Polytetrafluorethylen-Polyhexafluorpropylen-Copolymer verwendet. Auch Polypropylenchlorid wurde verwendet. Polyethylenfilm hat eine hohe Sauerstoffdurchlässigkeit und eine geringe CO2-Durchlässigkeit.
Elektrodenreaktion Unsere einfache Analyse der Elektrodenleistung zeigt, dass die Elektrodenreaktion mit der Elektrodenkonstante k zusammenhängt: k=π2D/d2. D ist der Diffusionskoeffizient des Films und d ist die Filmdicke.
Je größer K ist, desto schneller ist die Reaktion. Natürlich hat die Struktur der Elektrode großen Einfluss auf ihre Leistung.
Druckausgleichsmembran
Die im Tank verwendeten Elektroden sind im Allgemeinen mit Druckausgleichsmembranen ausgestattet, und die in kleinen Glasfermentationstanks verwendeten Elektroden sind normalerweise vom Typ mit ausgeglichener Porengröße. Das Gewicht der Druckausgleichsmembran ist erforderlich, um die Wärmeausdehnung des Elektrolyten während einer Hochdruckexplosion zu bewältigen. Im Allgemeinen aus Silikon hergestellt.
Arbeitsprinzip
Der Sauerstoff im Wasser muss durch die Membran hindurch und die Oberfläche der Kathode erreichen, bevor er durch die Elektrode reduziert werden kann. Daher muss der Sauerstoff einen gewissen Widerstand überwinden, bevor er zur Oberfläche der Kathode diffundieren kann. Die wichtigsten Widerstände sind der Widerstand des Flüssigkeitsfilms in der Nähe des Films und der Widerstand des Films selbst. Bei Elektroden vom Typ galvanische Zelle ist es sehr wichtig, dass der Hauptwiderstand auf den Film fällt, d. h. der Widerstand des Films ist viel größer als der Widerstand des Flüssigkeitsfilms, damit die Auswirkungen von Widerstandsänderungen, die durch den Fluss der zu messenden Flüssigkeit verursacht werden, auf die Sauerstoffdiffusion minimiert werden können. Daher ist aus Formel (1) ersichtlich, dass die Messung von Sauerstoff im Wesentlichen die Messung der Diffusionsrate von Sauerstoff ist.
IS {{0}} N FA (Pm/dm)P0 (1)
In der Formel ist IS der Ausgangsstrom, N die Anzahl der durch die Sauerstoffreduzierung gewonnenen Elektronen, F die Faraday-Konstante, A die Kathodenoberfläche, Pm der Diffusionskoeffizient des Kunststofffilms, dm die Dicke des Films und P0 der Sauerstoffpartialdruck in der gemessenen Flüssigkeit. .
Basierend auf diesem Prinzip sollten bei der Messung von DO in viskoser Fermentationsbrühe galvanische Elektrodenzellen verwendet werden, die eine dickere Folie verwenden, um die Änderung des Flüssigkeitsfilmwiderstands zu verringern und so die Schwankung des Ausgangsstroms zu reduzieren. Bei polarografischen Elektroden hat die Flüssigkeitsbewegung keinen Einfluss auf die Ausgabe der Elektrode.
Vorsichtsmaßnahmen
Tatsächlich misst die Elektrode des Sauerstoffmessgeräts nicht die Konzentration des gelösten Sauerstoffs, sondern die Sauerstoffaktivität oder den Sauerstoffpartialdruck. Zur Kalibrierung der 100 %- und Nullpunkte wird üblicherweise Luft oder sauerstofffreier Stickstoff verwendet. Die tatsächliche Konzentration des gelösten Sauerstoffs in einer Flüssigkeit kann chemisch bestimmt werden.
