基础发酵知识之pH电极的日常维护保养

发酵过程中通常是采用复合pH电极直接插入罐内发酵液的方式对pH进行实时监测。而高压高温的灭菌操作和发酵液的理化性质会对pH电极测量造成影响，所以正确的使用方法和日常的维护保养尤其关键。

# 1
安装使用前的准备

1. 打开包装时，要仔细检查电极的pH敏感膜玻璃、隔膜（素烧陶瓷芯）和玻璃体是否存在机械损伤。
2. 取下盛液套并用纯水清洗电极顶部，然后用湿纸巾或者吸水纸轻轻擦干。注意不要摩擦pH敏感膜，以防增加响应时间。
3. 将pH电极平缓移至垂直位置以防pH敏感膜玻璃球泡内存有气泡。如没有充满液体或存有气泡，应轻轻甩动电极使球泡内充满液体，直至没有气泡。
4. 电极使用前可先在酸性缓冲液（pH4.01）中浸泡数分钟，用纯水冲洗玻璃球泡部分，再用吸水纸轻轻将玻璃球泡部分的水吸干，再在中性缓冲液（pH6.86或7.00等）中浸泡数分钟以活化电极，然后再开始校准。

# 2
pH电极两点校准操作

将pH电极在标准缓冲液中浸泡10min，待测定数值稳定1min左右后，再依次进行pH电极的第一点标定和第二点标定。

以HOLVES发酵罐为例：

1. 进行校准前，根据缓冲液类型进行参数选择：
   ● [GB]指使用的是符合GB/T27501-2011标准的缓冲液，一般使用的几种缓冲液pH值为4.00、6.86和9.18，其相对应的“稳定度”即“缓冲液的不确定度”通常选择±0.02pH。
   ● 霍尔斯通常使用的是METTLER TOLEDO InPro3030系列pH电极，参数[MT_9]即对应其品牌的缓冲液，一般使用的缓冲液pH值为4.01、7.00和9.21，其“稳定度”需根据所使用的缓冲液型号进行选择。
2. 连接电极，并用纯水冲洗电极，冲洗后再用吸水纸轻轻吸干探头上的水。
3. 将玻璃球泡部分浸没在第一种缓冲液（例pH=4.01）内（隔膜应完全浸没在缓冲液中），待标准值稳定后（30秒至60秒）点击第一点确认，第一点标定结束。
4. 将电极从第一种缓冲液中取出，并用纯水冲洗电极，冲洗后再用吸水纸轻轻吸干探头上的水。
5. 将玻璃球泡部分浸没在第二种缓冲液（例pH=9.18）内（隔膜应完全浸没在缓冲液中），待标准值稳定后（30秒至60秒）点击第二点确认，第二点标定结束，等待使用（建议时间不要太长）。

# 3
电极校准时的注意事项

1. 校准时请注意采用新鲜的缓冲液；
2. 电极在缓冲液中放置1min后再进行后续操作；
3. 冲洗电极后只能用柔软的吸水纸吸干水分，切勿摩擦pH敏感膜；
4. 电极的校准周期根据不同的使用环境和精度要求而定，请在保证精度的前提下确定适当的校准周期；
5. 由于pH电极探头及其易碎，所以在使用过程中切勿磕碰。

# 4
pH电极性能测试

pH电极测定酸碱度法是依据能斯特（Nernst）方程原理来进行的，电极的电动势与pH值呈线性关系，一般用两种不同pH值的缓冲液进行标定，用来确定曲线的斜率。而通常所说的pH电极响应斜率，是指pH电极用来把电极的毫伏（mV）信号转换为pH值，它是通过不同缓冲液测得的电压差值，除以缓冲液差值得到的。这个斜率是判定电极寿命是否耗尽的一个重要指标。

需要注意的是，由于斜率与温度呈正比关系，当溶液温度发生变化，根据能斯特方程，溶液的ΔE将随温度T呈线性变化，而电极是根据检测到的溶液电动势能换算成pH值的，所以必须进行温度补偿以抵消温度对测量结果的影响。

所谓温度补偿，是将电极在标定温度下（一般为25℃）得到的斜率按能斯特公式换算到当前温度下的斜率，从而得到当前温度下正确的pH值。主要用来修正由于标准缓冲液等标样在标定时的温度与实际样品溶液温度不同引起的偏差。

HOLVES系列产品可以通过设备的温度电极测量到当前液体温度，然后通过自身软件计算后，显示经温度补偿后的pH值。所以，无论是校准还是性能测试，都需要确保设备的温度电极是工作状态。

斜率测试具体操作方法：

1. 把进行两点校准后的电极用纯水清洗，并用柔软的吸水纸吸干水分。
2. 按照上文校准时使用的方法调整参数与稳定度，下文以MT标准为例。
3. 首先使用pH=7.00的缓冲液测定零点，并在显示屏上读出mV值。HOLVES标配的pH电极零点在6.5~7.5范围内，表示电极正常。
4. 将电极清洗后，再插入pH=4.01（记作pH1）的标准缓冲溶液中，在显示屏上读出mV值（记作mV1）。
5. 将电极清洗后，再插入pH=9.21（记作pH2）的标准缓冲溶液中，在显示屏上读出mV值（记作mV2）。
6. 计算电极的斜率，即（mV1-mV2）/ （pH1-pH2）。
7. 根据能斯特方程理想状态下（25℃）时，理想斜率为59mV/pH，即溶液每变化一个pH值，电极就产生59mv的电位变化。那么理想校正下，斜率应在59mV/pH左右。当斜率的值小于53mV/pH或者大于63mV/pH时，需要更换新的pH电极，所以当校正斜率在53~63mV/pH范围时，结果是可信的。

HOLVES系列发酵罐可直接读出电极所测液体的电压信号，并且如果电极出现问题或者安装、使用错误，pH校准界面下方会弹出“电极不可用”红色提示字样，方便客户了解电极的使用状态。

# 5
电极的清洗

1.  一般性污染用水、0.1mol/L NaOH或0.1mol/L HCl清洗电极数分钟。
2. 油脂或有机物污染用丙酮或乙醇清洗电极数秒钟。
3. 硫化物污染(隔膜发黑)用硫脲/HCl处理，将玻璃球泡部分浸泡在溶液中(隔膜应没入溶液中)，直到隔膜无色(至少1小时），然后浸泡在3mol/L的KCl中至少12小时，完全冲洗并重新校准后可使用。
4. 蛋白质污染(隔膜发黄)用胃液素/HCl处理，将玻璃球泡部分放入溶液中，确保隔膜浸没在溶液中(至少1小时)，然后用蒸馏水冲洗、重新校准。

# 6
电极的保存

1. 每个生产周期结束后，使用去离子水认真冲洗电极头与隔膜，绝不可使这些零件上的测量溶液变干。
2. 电极不可放在蒸馏水中保存，较长时间不用时，应当将其连同电极头与隔膜充分浸泡在3mol/L的KCI或9816/ViscolytTM电解液内。
3. 电极不能长期干放，不能在表面附有干燥介质时贮存电极。如果因错误导致电极被干燥存放数日，应在使用之前将其浸泡在正常存储电解液内若干小时。
4. 应时常检查连接器是否出现受潮迹象。如有必要,用去离子水或酒精彻底清洗，然后小心擦干。