ph傳感器是用來(lái)檢測(cè)被測(cè)物中氫離子濃度并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可用輸出信號(hào)的傳感器，通常由化學(xué)部分和信號(hào)傳輸部分構(gòu)成。ph傳感器常用來(lái)進(jìn)行對(duì)溶液、水等物質(zhì)的工業(yè)測(cè)量。

PH傳感器，可以對(duì)大型反應(yīng)槽或制程管路中pH值測(cè)定；耐高溫殺菌、CIP清洗；電極長(zhǎng)度有120、150、220、250、450mm等多種選擇。用于多種場(chǎng)合的PH值測(cè)量，比如：廢水污水場(chǎng)合PH值測(cè)量，電鍍廢水場(chǎng)合PH值測(cè)量，高溫場(chǎng)合PH值測(cè)量，發(fā)酵場(chǎng)合PH值測(cè)量，高壓場(chǎng)合PH值測(cè)量等多種場(chǎng)合PH值的測(cè)量。

PH傳感器特點(diǎn)

快速的電纜接頭，防水功能，避免安裝時(shí)出現(xiàn)電纜扭絞現(xiàn)象

壽命長(zhǎng)，在有毒離子水溶液中性能良好

多種安裝方式，便于裝配

抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)，整體密封，消除泄漏現(xiàn)象

PH傳感器的工作原理

PH測(cè)量屬于原電池系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，此電池的端電壓被稱(chēng)為電極電位；此電位由兩個(gè)半電池構(gòu)成，其中一個(gè)稱(chēng)為測(cè)量電極，另一個(gè)稱(chēng)為參比電極；此電位遵循能斯特方程：

對(duì)于氧化還原體系：

對(duì)于金屬電極，還原態(tài)是純金屬，其活度是常數(shù)，定為1，則上式可寫(xiě)作：

式中：E—電極電位

E0—電極的標(biāo)準(zhǔn)電壓

R—?dú)怏w常數(shù)（8.31439焦耳/摩爾和℃）

T—開(kāi)氏絕對(duì)溫度（例：20℃=273+293開(kāi)爾文）

F—法拉弟常數(shù)（96493庫(kù)化/當(dāng)量）

n—被測(cè)離子的化合價(jià)（銀=1，氫=1）

aMe—離子的活度

對(duì)于PH電極。它是一支端部吹成泡狀的對(duì)于pH敏感的玻璃膜的玻璃管。管內(nèi)充填有含飽和AgCl的3mol/lkcl緩沖溶液，pH值為7。存在于玻璃膜二面的反映PH值的電位差用Ag/AgCl傳導(dǎo)系統(tǒng)，如第二電極，導(dǎo)出。PH復(fù)合電極如圖。

此電位差遵循能斯特公式：

式中R和F為常數(shù)，n為化合價(jià)，每種離子都有其固定的值。對(duì)于氫離子來(lái)講，n=1。溫度“T”做為變量，在能斯特公式中起很大作用。隨著溫度的上升，電位值將隨之增大。對(duì)于每1℃的溫度變大，將引起電位0.2mv/perpH變化。用pH值來(lái)表示，則每1℃第1pH變0.0033pH值。這也就是說(shuō)：對(duì)于20~30℃之間和7pH左右的測(cè)量來(lái)講，不需要對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償；而對(duì)于溫度＞30℃或＜20℃和pH值＞8pH或6pH的應(yīng)用場(chǎng)合則必須對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。

內(nèi)參比電極的電位是恒定不變的，它與待測(cè)試液中的H+活度（pH）無(wú)關(guān)，pH玻璃電極之所以能作為H+的指示電極，其主要作用體現(xiàn)在玻璃膜上。當(dāng)玻璃電極浸入被測(cè)溶液時(shí)，玻璃膜處于內(nèi)部溶液（αH+，內(nèi)）和待測(cè)溶液（αH+，試）之間，這時(shí)跨越玻璃膜產(chǎn)生一電位差ΔEM（這種電位差稱(chēng)為膜電位，下節(jié)討論），它與氫離子活度之間的關(guān)系符合能斯特公式：

當(dāng)時(shí)，。但實(shí)際上，跨越玻璃膜仍有一定的電位差，這種電位差稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)電位（ΔE不對(duì)稱(chēng)），它是由玻璃膜內(nèi)外表面情況不完全相同而產(chǎn)生的。此式表明玻璃電極ΔEM與pH成正比。因此，可作為測(cè)量pH的指示電極。

膜電位理論：

用離子選擇性電極測(cè)定有關(guān)離子，一般都是基于內(nèi)部溶液與外部溶液之間產(chǎn)生的電位差，即所謂膜電位。膜電位的產(chǎn)生是由于溶液中的離子與電極膜上的離子發(fā)生了交換作用的結(jié)果。以玻璃電極為例來(lái)說(shuō)明。其要點(diǎn)如下：

玻璃電極在使用前要在純水中浸泡，離子交換理論認(rèn)為，當(dāng)玻璃電極浸入水溶液中時(shí)，玻璃表面會(huì)吸水而使玻璃溶脹，在它的表面形成溶脹的硅酸層（水化層），這種水化層的是逐漸形成的，只有當(dāng)玻璃膜浸泡24小時(shí)以上后，才能完全形成并趨于穩(wěn)定。其厚度很?。s為玻璃膜厚度的1/1000）。同樣，膜內(nèi)表面與內(nèi)參比溶液接觸，亦已形成水化層。在水化層形成的過(guò)程中，伴隨著水溶液中H+與玻璃種Na+的交換作用（Ca2+結(jié)合牢固不易交換），此交換反應(yīng)可表示如下：

浸泡好的玻璃膜在膜與溶液的界面上存在如下離解平衡：

若內(nèi)部溶液和外部溶液的pH不同，則膜內(nèi)、外固液界面上電荷分布不同，這樣跨越膜的兩側(cè)界面就有一個(gè)電勢(shì)差，即膜電位。

當(dāng)浸泡好的玻璃膜進(jìn)入待測(cè)試液時(shí)，膜外層的水化層與試液接觸，由于H+活度變化，將使上式離解平衡發(fā)生移動(dòng)，此時(shí)，就可能有額外的H+由溶液進(jìn)入水化層，或有水化層轉(zhuǎn)入溶液，因而膜外層的固液界面上電荷分布不同，跨越膜的兩側(cè)界面的電勢(shì)差發(fā)生改變，這個(gè)改變與試液中的［H+］有關(guān)。

玻璃電極的構(gòu)造如下圖

pH傳感器的使用方法

在使用時(shí)，通常先將PH傳感器加上不銹鋼保護(hù)套，再插入發(fā)酵罐中。大多數(shù)PH傳感器都具有溫度補(bǔ)償系統(tǒng)。由于電極內(nèi)容物會(huì)隨使用時(shí)間或高溫滅菌而不斷變化，因而在每批發(fā)酵滅菌操作前均需進(jìn)行標(biāo)定，即用標(biāo)準(zhǔn)的PH緩沖液校準(zhǔn)。通常PH傳感器的測(cè)定范圍是0～14，精度達(dá)±（0.05～0.1），響應(yīng)時(shí)間為數(shù)秒至數(shù)十秒，靈敏度為0.1。

⑴校準(zhǔn)

必須在使用前對(duì)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，這是對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行滅菌的最后一步操作。傳感器的校準(zhǔn)在發(fā)酵罐外進(jìn)行，將PH電極浸沒(méi)到含一種或多種標(biāo)準(zhǔn)緩沖液的適當(dāng)容器中進(jìn)行校準(zhǔn)。這些操作最好均在發(fā)酵罐運(yùn)行溫度下進(jìn)行。PH電極需與發(fā)酵過(guò)程中使用的PH計(jì)相連接，PH計(jì)的校準(zhǔn)裝置可按常規(guī)的PH計(jì)校準(zhǔn)步驟來(lái)調(diào)整。由于發(fā)酵過(guò)程中重新校準(zhǔn)的時(shí)分困難或者不可能，最好能固定PH計(jì)的校準(zhǔn)控制，以避免實(shí)驗(yàn)中的偶發(fā)性偏移，許多商業(yè)性的儀表都提供一些固定螺絲。

⑵ 滅菌

校準(zhǔn)以后，應(yīng)該將傳感器插入到發(fā)酵罐中并進(jìn)行密封。在發(fā)酵罐滅菌時(shí)，一般將PH計(jì)的連接物移開(kāi)（采用高壓滅菌鍋滅菌時(shí)），滅菌后重新連接，PH傳感器開(kāi)始工作。也有實(shí)驗(yàn)操作人員用酒精對(duì)PH傳感器單獨(dú)消毒（即不放入滅菌鍋），主要是為了延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。然后需將傳感器立即插入且密封在罐內(nèi)。

必須指出，這一過(guò)程可能染菌。盡管有些報(bào)道稱(chēng)在研究中規(guī)則地使用這一步驟沒(méi)有問(wèn)題。具體方法如下：放好傳感器，加上一個(gè)合適的配件以使PH探頭易于由發(fā)酵罐頂盤(pán)進(jìn)行安裝，然后將其在無(wú)水酒精中至少放置lh。探頭和配件必須是很干凈的，探頭的浸沒(méi)位置應(yīng)高于配件。最后應(yīng)迅速地將傳感器轉(zhuǎn)移到預(yù)先滅好菌的發(fā)酵罐中，其已與空氣供應(yīng)系統(tǒng)相連，而且其中的空氣已開(kāi)始流動(dòng)。

⑶ 校準(zhǔn)的檢查

在滅菌或使用過(guò)程中，很可能會(huì)使校準(zhǔn)發(fā)生偏移。對(duì)于狀況良好的傳感器，這種偏移不會(huì)超過(guò)0.2個(gè)單位。但一些研究人員仍建議在發(fā)酵罐滅菌以后進(jìn)行校準(zhǔn)或者再校準(zhǔn)。目前已有適用于較大發(fā)酵罐的這種系統(tǒng)，可以完全無(wú)菌地取出傳感器，再將其部分地插入校準(zhǔn)緩沖液中進(jìn)行校準(zhǔn)。

在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下，有必要將傳感器完全移出，利用前述的化學(xué)處理方法來(lái)進(jìn)行再消毒。在實(shí)驗(yàn)室中檢查一個(gè)可疑校準(zhǔn)的較好方法是對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行無(wú)菌取樣，在發(fā)酵罐外測(cè)量其PH值盡快進(jìn)行檢測(cè)、讀數(shù)。因?yàn)榧?xì)胞在不斷變化的條件下（例如在連續(xù)培養(yǎng)中氧和基質(zhì)的消耗）進(jìn)行連續(xù)代謝，如果培養(yǎng)基的緩沖性能較差，PH在幾分鐘內(nèi)即可發(fā)生顯著變化，從而無(wú)法正確檢查傳感器的校準(zhǔn)。