在生物發酵過程中，溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)是影響微生物生長、代謝及產物合成的關鍵參數之一。為了實現對發酵液中溶氧濃度的實時監測與控制，發酵過程溶氧電極作為核心檢測裝置被廣泛應用于各類發酵系統中。其工作原理主要基于電化學反應機制，并結合現代傳感技術，確保數據的準確性與穩定性。
 

　　一、溶氧電極的基本結構
 

　　典型的溶氧電極由陰極、陽極、電解液、透氣膜等部分組成。其中，陰極通常為金或鉑金屬，陽極為銀或鉛；電解液一般采用KCL溶液；而覆蓋在電極前端的氣體滲透膜則是一種選擇性透過氧氣而不允許水分子和離子通過的高分子材料，如聚四氟乙烯(PTFE)或硅橡膠。
 

　　二、工作原理：電化學還原反應
 

　　溶氧電極的工作基于克拉克(Clark)氧傳感器原理。當電極通電后，在陰極表面發生氧的還原反應，與此同時，陽極發生氧化反應釋放電子以維持電路平衡。溶解在發酵液中的氧氣通過透氣膜擴散進入電極內部，并在陰極處參與反應，產生電流信號。該電流大小與進入電極的氧分子數量成正比，從而實現對溶氧濃度的測量。
 

　　三、溫度補償與極化電壓控制
 

　　由于氧氣的溶解度和電極響應受溫度影響較大，現代溶氧電極通常內置溫度傳感器，通過軟件算法進行實時溫度補償，以提高測量精度。此外，電極需要施加一個穩定的極化電壓，使電極處于較佳工作狀態，避免因電壓波動導致的測量誤差。
 

　　四、動態響應與校準要求
 

　　在發酵過程中，溶氧水平可能隨攪拌、通氣等因素快速變化，因此溶氧電極需具備良好的動態響應能力。同時，為保證測量數據的可靠性，電極在使用前和運行過程中需定期進行兩點校準，即在無氧環境(如亞硫酸鈉溶液)和飽和氧環境中分別校正零點和滿量程。
 

　　五、應用中的關鍵維護措施
 

　　為延長電極壽命和保持測量精度，日常維護至關重要。主要包括：
 

　　定期更換或補充電解液；
 

　　清洗透氣膜防止污染堵塞；
 

　　避免機械碰撞造成電極損傷；
 

　　周期性檢查電纜連接和密封性能。
 

　　發酵過程溶氧電極作為發酵過程在線監測的核心工具，其測量精度直接影響到發酵工藝的調控效果。深入理解其工作原理、掌握正確的操作與維護方法，對于提升發酵效率、優化產品質量具有重要意義。隨著傳感器技術的發展，未來溶氧電極將向更高精度、更長壽命、智能化方向不斷演進，為生物制造領域提供更加穩定可靠的技術支持。