世界第一個商用玻璃膜pH傳感器于20世紀30年代中期投放市場。今天的傳感器仍然依賴于與這些第一批產(chǎn)品相同的設計原則。自1947年以來，pH傳感器制造商將測量電極和參比電極組合成一個單元，因此稱為pH復合電極。今天復合電極幾乎完全用于實驗室和工業(yè)應用。只有當測量電極和參比電極的預期壽命有顯著差異時，才建議使用由兩個單獨電極組成的pH測量系統(tǒng)。

目前有玻璃膜法和光學法連續(xù)pH測量技術可供選擇。玻璃膜pH電極是流行的技術，由于其悠久的歷史和采用到許多不同的應用。光學pH電極是一種相對較新的技術，正在市場上引起人們的興趣。本文將探討玻璃膜pH電極和光學pH電極的優(yōu)點和局限性。

玻璃膜pH電極
1、玻璃膜pH電極是如何工作的?
玻璃膜pH電極是電化學傳感器，產(chǎn)生毫伏輸出對應于改變pH值。顧名思義，傳感器的測量電極部分依賴于一種特殊配方的pH敏感玻璃，它與介質中的氫離子濃度發(fā)生反應。



參比電極提供穩(wěn)定的電壓電位，以完成pH值測量電路，并允許電流通過電極。pH電極(變送器或分析儀)測量毫伏信號以顯示適當?shù)膒H值。



2、玻璃膜pH電極在細胞培養(yǎng)應用中的好處是什么?
由于玻璃膜pH電極技術已可用多年，因此它對于大多數(shù)用戶是眾所周知的。現(xiàn)有的生物反應器控制器輸入已被設計為接受傳感器的毫伏輸入，因此兼容性不是問題。傳感器配置和校準的邏輯通常是控制器軟件的一部分，并寫入現(xiàn)有的SOP程序。

玻璃膜pH電極可以承受伽馬滅菌，重復高壓滅菌器和SIP(原地滅菌循環(huán))，以及CIP(原地清潔)。它們與大多數(shù)水性工藝兼容，但一些與蛋白質，硫化物或極端pH值的應用可能需要更頻繁的清潔和校準。玻璃膜pH電極的局限性是什么?由于這些電極是電化學的，隨著時間的推移，它們將失去準確性和響應性。這種影響可以通過校準來糾正，但最終需要更換電極。在安裝、清潔和校準過程中，小心處理也是至關重要的，因為玻璃是電極的主要部件，損壞始終是一個問題。

光學pH電極
1、光學pH電極是如何工作的？
顧名思義，光學pH電極的測量原理是光譜學。傳感元件由嵌入在親水性凝膠化合物中的熒光染料組成。這種熒光染料對介質中的氫離子濃度很敏感。光源(通常是藍光)被定向在傳感元件上，傳感元件發(fā)出相應波長的光。pH值的變化會導致波長的偏移，這種偏移可以通過光學探測器來測量，波長濃度的變化比例將對應于pH值的變化。傳感元件通常是在平板上生產(chǎn)的，其中每個傳感器都是從平板上模切出來的，并貼在光纖電纜上或貼在允許光線通過而不失真的窗口上。由于這種設計，這些傳感元件可稱為斑點或貼片。



2、光學pH電極在細胞培養(yǎng)應用中的好處是什么？
光學pH電極的傳感元件是測量系統(tǒng)中與工藝接觸的唯一部分。該設計非常緊湊，低成本和一次性，使其成為一次性應用的理想選擇。光斑沒有保質期限制，使用前不需要校準(可能有許多特定波長的信息，必須輸入到光譜儀的電子設備中，以獲得最佳精度)。

3、光學pH電極的局限性是什么？
光學pH電極對某些化學物質有交叉敏感性。最令人擔憂的是那些化學物質可能會攻擊凝膠基質并破壞熒光染料，應避免使用有機溶劑。在其他情況下，改變電導率(滲透壓)會影響pH測量的準確性。這可以通過在運行期間執(zhí)行一點偏移校準來補償。最后，不能用光學技術測量整個pH測量范圍，因此應避免在大約5到8pH以外的應用。

光學pH技術已經(jīng)在市場上出現(xiàn)了大約20年，但它并沒有被市場廣泛了解，因此集成到現(xiàn)有的生物反應器控制器和變送器中可能很困難。

玻璃膜法和光學法pH技術對比
由于每個應用都有不同的要求，下面的比較圖表應該有助于確定哪種技術最適合用戶的測量。



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