生物过程中，PH电极的维护和保养方法

在生物过程中，pH电极的维护和保养直接影响其测量精度、响应速度及使用寿命。由于生物体系常含蛋白质、细胞碎片、微生物等污染物，且需经历灭菌、长期在线监测等特殊场景，维护方法需结合其工况特点设计。以下是具体的维护保养策略：

一、日常使用维护（基础保养）

1. 电极校准标准化

- 校准频率：

- 在线监测：每批次生产前校准（如发酵罐接种前），或每24小时自动校准一次（配套控制系统）。

- 离线使用：每次使用前校准（至少两点校准，pH4.01和pH7.01缓冲液，含温度补偿）。

- 校准注意事项：

- 校准液需新鲜配制（避免霉菌污染，建议每周更换），校准温度与被测体系一致（温差≤2℃）。

- 校准前用去离子水冲洗电极，并用软纸吸干（勿擦拭玻璃膜，防止机械损伤）。

2. 避免机械损伤与污染

- 安装与搅拌：

- 在线电极需配备保护套（尤其高搅拌环境），避免与罐体部件碰撞（如搅拌桨、挡板）。

- 搅拌速率稳定后再进行测量（减少湍流对电极膜的冲击）。

- 接触介质控制：

- 避免电极长时间接触强酸碱（如pH＞12或＜2超过30分钟），防止玻璃膜硅结构破坏。

- 非测量状态下，电极需浸泡在保护液中（如3M KCl溶液），避免膜表面干燥（干燥会导致响应时间延长50%以上）。

二、定期深度保养（根据污染程度调整）

1. 清洗去污（核心维护步骤）

- 常规污染物（蛋白/细胞碎片）：

- 清洗液：0.1M HCl + 胃蛋白酶溶液（5% w/v）或专用电极清洗液（如梅特勒-托利多EProbe Clean）。

- 方法：离线浸泡30~60分钟（在线可通过CIP系统循环清洗15分钟），然后用去离子水冲洗至中性。

- 顽固污染物（生物膜/无机盐结晶）：

- 碱性清洗：0.1M NaOH + 次氯酸钠（0.5%）浸泡20分钟（杀灭微生物并分解生物膜）。

- 酸性除垢：2%柠檬酸溶液浸泡（去除钙镁盐结晶，适用于发酵罐结垢场景）。

- 清洗频率：

- 普通细胞培养：每3天清洗一次；真菌/细菌发酵：每天清洗一次（因代谢产物污染更严重）。

2. 电解液与隔膜维护

- 参比电解液更换（针对可更换式电极）：

- 发现电解液浑浊或液面低于刻度线时更换，使用高纯3M KCl溶液（含AgCl饱和，避免气泡残留）。

- 更换后轻甩电极，确保隔膜微孔充满电解液（避免气泡导致液接电位不稳定）。

- 隔膜检查：

- 观察隔膜处是否有絮状物堵塞，可用镊子轻刮（陶瓷隔膜）或反冲（纤维隔膜，用注射器从尾部注入纯水）。

- 严重堵塞时（响应时间＞5分钟），建议直接更换隔膜（不可更换式电极需整体更换）。

3. 灭菌与消毒处理

- 在位灭菌（SIP）：

- 耐高温电极（如玻璃膜材质）：随罐体121℃灭菌15~20分钟，灭菌前确保电解液充满且隔膜无气泡。

- 灭菌后需重新校准（高温可能导致膜特性轻微变化），并检查电解液是否因蒸发减少（需补充至刻度线）。

- 离线消毒：

- 非耐高温电极（如荧光法传感器）：用75%乙醇擦拭外壳，避免乙醇接触玻璃膜（可能导致膜脱水）。

- 临时污染处理：用0.1%过氧乙酸浸泡10分钟（杀灭表面微生物，适用于细胞培养洁净区）。

三、长期存储与备用管理

1. 短期存放（＜7天）

- 浸泡在3M KCl保护液中（避免使用纯水，防止离子流失导致膜失效），存放于阴凉避光处。

- 每周更换一次保护液（防止细菌滋生污染隔膜）。

2. 长期存放（＞7天）

- 先用去离子水冲洗干净，再浸泡在饱和KCl溶液中（浓度稳定，防止膜脱水），密封容器存放。

- 超过1个月未使用，启用前需用校准液活化2小时（或在缓冲液中搅拌30分钟，恢复膜响应性能）。

3. 电极活化（针对老化或干燥电极）

- 干燥导致的响应变慢：浸泡在pH7.01缓冲液中4~6小时，期间轻轻晃动电极（加速膜层水合）。

- 膜性能衰退（斜率＜52mV/pH）：可尝试用1:1的HCl和乙醇混合液浸泡30分钟（修复轻微污染的玻璃膜），但此步骤仅适用于普通电极，精密电极建议直接更换。

四、特殊场景维护要点

1. 高粘度/颗粒体系（如真菌发酵）

- 增加清洗频率（每次补料后清洗），选择大孔径陶瓷隔膜（减少堵塞风险）。

- 离线时用超声波清洗仪（低频模式，10分钟）辅助去除膜表面颗粒（需避免剧烈振动损坏电极）。

2. 低温环境（如冷链运输监测）

- 避免电解液结冰（可使用乙二醇改良的KCl溶液，凝固点-10℃），测量前预热至室温（5~30℃）。

- 低温下响应时间延长属正常现象（无需特殊维护，恢复温度后自动加快）。

3. 连续培养/灌流系统

- 集成自动清洗模块（如每换液一次触发清洗程序），使用非接触式pH传感器（如荧光法，减少膜污染）。

- 定期检查电极支架密封性（防止培养基渗入参比系统，导致信号漂移）。