Распространенные проблемы при использовании датчиков pH

Распространенные проблемы при использовании датчиков pH

При практическом использовании pH-датчиков могут возникать следующие проблемы: снижение чувствительности/крутизны, замедленный отклик, шумовые сигналы и химическое повреждение.

(1) Чувствительность/наклон: существует определенная теоретическая связь между pH и электродным потенциалом зонда (см. вышеупомянутое уравнение Нернста).

Новые зонды pH могут приближаться к своему теоретическому наклону (т. е. потенциал электрода 59 мВ на единицу pH при 25 °C), но чувствительность снижается по мере старения или разрушения зонда. Большинство измерителей pH или усилителей могут контролировать и изменять свою чувствительность для преобразования сигнала напряжения в показание pH (обычно обозначаемое как наклон или чувствительность), которое может быть откалибровано по мВ или температуре (поскольку температура является единственным фактором, который теоретически влияет на наклон). Стоит отметить, что это отличается от «установки буфера» или «нулевого контроля».

Система калибруется до определенного pH (контролируемого настройкой буфера), а затем проверяется с одним или несколькими буферами. В отличие от ожидаемого результата, показания pH-метра будут систематически отклоняться от pH известного буфера.

Если полученная линия более крутая, наклон установлен слишком низким; если полученная линия более пологая, наклон установлен слишком высоким.

(2) Очистка: pH-зонд необходимо очищать, если он проявляет задержку реакции или сниженную чувствительность. Ухудшение работы pH-зонда в основном происходит из-за загрязнения пористой пробки веществами в ферментационном бульоне, который при загрязнении меняет цвет с белого на коричневый или черный.

Для предотвращения загрязнения зонд pH можно погрузить в раствор HCl 10 ммоль/л, который не повредит датчик pH (этот раствор также можно использовать для обычного хранения зонда pH между запусками). Иногда добавление пепсина помогает удалить белковые осадки.

Если обработка HCl не помогает, можно попробовать следующие два метода, хотя они несут в себе определенный риск повреждения зонда pH. Погрузите зонд pH в раствор примерно 1% H2O2 на 1-2 часа; или выполните мягкую механическую очистку пористой пробки, т. е. используйте острое лезвие, чтобы соскоблить отложения с внешней поверхности.

(3) Электрические помехи: высокое сопротивление pH-метра и линии усилителя может создавать проблемы, которые делают pH-зонд более чувствительным к шуму от индуцированных напряжений от входных полей рассеяния другого электрооборудования, а также более чувствительным к ошибочным откликам, вызванным следовыми количествами утечки тока между двумя клеммами, содержащими сигнал pH-зонда.

По этой причине производитель датчика pH или pH-метра предоставляет специальные экранированные провода и клеммы. Если присутствует чрезмерный шум, вывод датчика pH можно отодвинуть от других проводов, чтобы уменьшить шум. Источником помех может быть двигатель мешалки, и это можно проверить, выключив двигатель на несколько секунд.

Пики на кривой pH соответствуют включению или выключению цепи нагревателя (переключение можно наблюдать по свету или судить по звуку переключения реле в блоке управления нагревателем). Шум или неточные показания после автоклавирования могут отражать загрязнение клемм и проводов, вызванное конденсацией пара во время процесса стерилизации.

(4) Защита от механических повреждений: датчики pH довольно хрупкие и могут легко сломаться во время установки и очистки ферментера. Поэтому рекомендуется вставлять датчик pH на поздних этапах подготовки ферментера (где требуется калибровка) и вынимать после использования (разборки резервуара). Многие случаи поломки датчика происходят из-за подъема верхней части ферментера без снятия датчика.

Чтобы избежать поломки зонда во время хранения между запусками, простой способ — поместить датчик в пластиковый мерный цилиндр, содержащий специальный раствор.

Выберите подходящий размер цилиндра, чтобы можно было разместить и более широкую часть зонда, при этом сферическая часть обнаружения должна быть подвешена над дном (например, в дно цилиндра можно вставить ватный тампон), и желательно, чтобы цилиндр был закреплен зажимом.