pH電極、溶氧電極的基本原理和在生物發酵上的應用
pH電極、溶氧電極的基本原理和在生物發酵上的應用
pH電極的基本原理：
pH 測量中使用的電極又稱為原電池。原電池是一個系統，它的作用是使化學能量轉成為電能。此電池的電壓被稱為電動勢（EMF）。此電動勢（EMF）由二個半電池構成。其中一個半電池稱作測量電極，它的電位與特定的離子活度有關；另一個半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它一般是與測量溶液相通，并且與測量儀表相連。此二種電極之間的電壓遵循能斯特（NERNST）公式：
其中：E——電位 E0——電極的標準電壓 R——氣體常數（8.31439焦耳/摩爾和℃ ）
T——開氏絕對溫度（例：20 ℃ =273=293開爾文） F——法拉弟常數（96493庫侖/當量）
n——被測離子的化合價（銀=1，氫=1） aMe——離子的活度
標準氫電極是所有電位測量的參比點。標準氫電極是一根鉑絲，用電解的方法鍍（涂覆）上氯化鉑，并且在四周充入氫氣（固定壓力為1013hpa）構成的。由于氫電極做為參比電極在實踐中很難實現，于是使用第二類電極做為參比電極。其中最常用的便是銀/氯化銀電極。
最熟悉也是最常用的 pH 指示電極。它是一支端部吹制上對于 pH 敏感的玻璃膜的玻璃管。管內充填有一定濃度的緩沖溶液。存在于玻璃膜內外兩面的反映 pH 值的電位差用Ag/AgCL傳導系統導出。此電位差同樣遵循能斯特公式。
溶氧電極的基本原理:
溶氧（DO）是溶解氧(Dissolved Oxygen)的簡稱, 是表征水溶液中氧的濃度的參數。溶氧電極是一種基于極譜原理的測定溶解在液體中的氧的電流型電極
測定DO的方法有多種：如化學Winkler 法，電極方法，質譜儀等。這里主要介紹電極方法。溶氧電極最早是由Clark (1956)發明的。它是由一透氣薄膜復蓋的電流型電極。
DO電極可分為兩類：原電池（Galvanic）型和極譜(Polargrafic)型。
2. DO電極測定原理
原電池型：一般由貴金屬，如白金、金或銀構成陰極；由鉛構成陽極。在電解質如KCl或醋酸鉛存在下便形成PbCl2或Pb(AcO)2，原電池型電極無需外加電壓。
pH電極、溶氧電極在生物發酵上的應用
1．生物發酵控制系統簡介生物發酵系統要求強大的控制功能、可擴展性強、操作靈活、穩定可靠以及故障率低。基本控制參數為：溫度、攪拌速度、PH（瑞士漢密爾頓OXYFERM、瑞士梅特勒INPRO6800）、DO（瑞士漢密爾頓EASYFERM、瑞士梅特勒INPRO3100）、進氣流量、罐壓、定時定量流加、連續發酵、液位、多種自動補料方式、自動消泡。特殊分析、控制為：如CO2、密度、糖份、自動滅菌等。
2．控制系統的構成1）RTU-6600作為控制核心，完成多個回路的PID控制、模糊控制任務；同時與10.4”人機界面通訊，實現與嵌入式組態軟件的無縫結合。2）10.4”人機界面，內置WinCE.NET操作系統和嵌入式組態軟件，完成與RTU-6600的通訊、上位顯示、設置、報警、報表輸出以及歷史數據存儲等功能。
3．通訊方式1）Modbus/TCP，通過RTU-6600以太網與人機界面通訊，這種通訊方式通過以太網進行，使用標準的Modbus/TCP協議。2）Modbus/RTU(485)，通過RTU-6600的RS-485與人機界面通訊，這種通訊方式通過RS-485進行，使用標準的Modbus/RTU協議。
