PH传感器的工作原理，PH传感器的使用方法

很多朋友对PH传感器的工作原理，PH传感器的使用方法不是很了解，六月小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

Ph传感器是一种用于检测被测物体中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号的传感器，通常由化学部分和信号传输部分组成。Ph传感器通常用于溶液、水和其他物质的工业测量。

pH传感器，可测量大型反应罐或工艺管道中的PH值；高温灭菌和CIP清洗；电极长度可选自120、150、220、250、450毫米等。用于废水污水、电镀废水、高温、发酵、高压等多种场合的PH值测量。PH传感器具有快速电缆连接器和防水功能，以避免安装期间电缆扭曲。

使用寿命长，在有毒离子水溶液中性能好，组装方便，耐化学腐蚀能力强，整体密封，杜绝泄漏。PH传感器的工作原理属于原电池系统，其作用是将化学能转化为电能。这种电池的端电压称为电极电位。这个电位由两节半电池组成，其中一节叫做测量电极，另一节叫做参比电极。该电势遵循能斯特方程；对于氧化还原体系：

对于金属电极，还原态是纯金属，其活性是恒定的。如果设置为1，上面的公式可以写成：公式中，e-电极电位E0-电极标准电压R-气体常数(8.31439焦耳/摩尔和)T-开尔文绝对温度(例如20=273 293开尔文)F-法拉第常数(。

用于PH电极。它是一个玻璃管，末端有一层pH敏感的玻璃膜，被吹成气泡。试管内装有含饱和AgCl的3mol/lkcl缓冲溶液，pH值为7。反映玻璃膜两侧存在的PH值的电势差由Ag/AgCl传导系统导出，例如第二电极。PH复合电极如图所示。该电势差遵循能斯特公式：

其中r和f是常数，n是化合价，每个离子都有固定值。对于氢离子，n=1。温度“t”作为一个变量，在能斯特公式中起着很大的作用。随着温度的升高，潜在值会增加。温度每升高1，电位将变化0.2mv/perpH。用pH值表示，每升高1，第一个pH值变为0.0033pH值。

也就是说：对于20~30之间和7pH左右的测量，不需要对温度变化进行补偿；但是，对于温度>30或<20且pH值>8pH或6pH的应用，必须对温度变化进行补偿。

内参比电极的电位是恒定的，与待测液体中H的活度(pH)无关。pH玻璃电极之所以可以作为H的指示电极，主要体现在玻璃膜上。当玻璃电极浸入待测溶液中时，玻璃膜在内溶液(H，internal)和待测溶液(H，trial)之间，然后在玻璃膜两端产生电位差EM(这个电位差称为膜电位，下一节讨论)，它与氢离子活度的关系符合能斯特公式：

当时但实际上隔着玻璃膜还是有一定的电位差的。这种电位差称为不对称电位(E不对称)，是由于玻璃膜的内外表面不完全相同造成的。该公式表明，玻璃电极EM与pH值成正比。因此，它可用作测量pH值的指示电极.膜电位理论；

离子选择电极测定相关离子一般是基于内溶液和外溶液之间的电位差，称为膜电位。膜电位的产生是溶液中的离子与电极膜上的离子交换的结果。以玻璃电极为例来说明。要点如下：

玻璃电极在使用前应浸泡在纯水中。根据离子交换理论，当玻璃电极浸入水溶液中时，玻璃表面会吸收水分，使玻璃膨胀，在其表面会形成一层膨胀的硅酸层(水合层)。这个水化层是逐渐形成的，玻璃膜浸泡24小时以上才能完全形成并稳定。它的厚度很薄(约为玻璃膜厚度的1/1000)。类似地，膜的内表面与内部参考溶液接触，并且也形成了水合层。

在水化层的形成过程中，随着H与水溶液中玻璃物种Na之间的交换(Ca2被牢固地结合并且难以交换)，这种交换反应可以表示为：

浸泡过的玻璃膜在膜和溶液的界面处有如下离解平衡：如果内溶液和外溶液的pH值不同，膜内外固液界面上的电荷分布就不同，所以膜两侧的界面上有一个电位差，即膜电位。

当浸泡过的玻璃膜进入待测液体时，膜外层的水化层与测试溶液接触。由于H活度的变化，上式的离解平衡会移动。此时，额外的H可能从溶液中进入水化层，或者水化层会转移到溶液中，因此膜外层固液界面上的电荷分布不同，膜两侧的电位差发生变化，这与试液中的[H]有关。玻璃电极的结构如下。

使用pH传感器时，通常先在PH传感器上加不锈钢保护套，再插入发酵罐。大多数PH传感器都有温度补偿系统。因为电极的内容物会随着使用时间或高温灭菌而发生变化，所以每批发酵灭菌操作前都需要进行校准，即使用标准PH缓冲液进行校准。一般PH传感器的测量范围为0 ~ 14，精度为0.05 ~ 0.1，响应时间为几秒到几十秒，灵敏度为0.1。

校准传感器在使用前必须进行校准，这是发酵罐灭菌的最后一步。传感器的校准在发酵罐外进行，PH电极浸入含有一种或多种校准用标准缓冲液的适当容器中。这些操作优选在发酵罐的操作温度下进行。PH电极需要与发酵过程中使用的PH计连接，PH计的校准装置可以按照常规的PH计校准步骤进行调整。

因为在发酵过程中很难或不可能重新校准，所以最好将PH计的校准控制固定下来，以避免实验中出现意外偏差。许多商用仪表提供一些固定螺钉。

灭菌校准后，将传感器插入发酵罐并密封。发酵罐灭菌时，一般将酸度计的接头拆下(高压灭菌器灭菌时)，灭菌后再重新连接，PH传感器开始工作。也有实验操作人员单独用酒精对PH传感器进行消毒(即不放入杀菌锅)，主要是为了延长传感器的使用寿命。那么传感器需要立即插入并密封在容器中。

必须指出，这一过程可能染菌。尽管有些报道称在研究中规则地使用这一步骤没有问题。具体方法如下：放好传感器，加上一个合适的配件以使PH探头易于由发酵罐顶盘进行安装，然后将其在无水酒精中至少放置lh。探头和配件必须是很干净的，探头的浸没位置应高于配件。

最后应迅速地将传感器转移到预先灭好菌的发酵罐中，其已与空气供应系统相连，而且其中的空气已开始流动。

校准的检查在灭菌或使用过程中，很可能会使校准发生偏移。对于状况良好的传感器，这种偏移不会超过0.2个单位。但一些研究人员仍建议在发酵罐灭菌以后进行校准或者再校准。目前已有适用于较大发酵罐的这种系统，可以完全无菌地取出传感器，再将其部分地插入校准缓冲液中进行校准。

在实验室规模下，有必要将传感器完全移出，利用前述的化学处理方法来进行再消毒。在实验室中检查一个可疑校准的较好方法是对发酵液进行无菌取样，在发酵罐外测量其PH值尽快进行检测、读数。

因为细胞在不断变化的条件下（例如在连续培养中氧和基质的消耗）进行连续代谢，如果培养基的缓冲性能较差，PH在几分钟内即可发生显著变化，从而无法正确检查传感器的校准。

以上知识分享希望能够帮助到大家！