资源描述：
《基于氧电极的乙醇微生物传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、基于氧电极的乙醇微生物传感器摘要：本文简述了微生物传感器及其在乙醇检测方面的应用，并阐述基于氧电极的乙醇微生物传感器的工作原理，组成，电极反应及有关研究进展。关键词：微生物传感器，乙醇检测，氧电极引言：乙醇是基础的工业原料,主要用于食品、化工、军工、医药等领域。传统的检测乙醇的方法(如比重瓶法、氧化法、气相色谱法、折光法等),需要较好的操作技能或昂贵的仪器设备。传统乙醇离线检测任务重、费时、易污染、滞后且不易实现自动化控制。乙醇浓度是发酵过程中重要的过程参数,直接影响着发酵过程的控制、优化及发酵产物的质量、产量。为了对发酵过程进行有效地优化控制,迫切需要对
2、乙醇浓度参数进行在线实时检测【1】。在各种生物传感器中,微生物传感器最适合发酵工业诸多化学、生物参数的测定，在发酵乙醇浓度检测中具有良好的应用前景。微生物传感器概念及应用特点用固定化的微生物(常用的主要是细菌和酵母菌)作为生物敏感元件材料，与电极联合，构成的电化学生物传感器称为微生物传感器【2】由于发酵过程中常存在对酶的干扰物质,并且,发酵液往往不是清澈透明的,因而很多化学参数不适用于光谱等方法测定。而应用微生物传感器则极有可能消除干扰,并且,不受发酵液混浊程度的限制，且微生物传感器具有响应快,灵敏度高,稳定制备,成本低,选择性好,准确性高,且样品不需要特
3、殊预处理等特点【3】。同时,由于发酵工业是大规模的生产,微生物传感器成本低、设备简单的特点使其在应用中具有更大的优势。基于氧电极的乙醇微生物传感器原理1乙醇微生物传感器的原理Clark氧电极插入置有磷酸盐缓冲液的检测室中,乙醇氧化菌在常温下催化乙醇,在催化过程中消耗氧,产生了溶解氧分子,经Clark氧电极吸收转换传输到主控制系统实时记录,进而在计算机上进行实时检测。1.1微生物的固化方法聚乙烯醇(PVA)具有廉价、无毒和良好的生物相容性等优点,可以固定生物分子构造生物传感器。因此,PVA在固定微生物方面是一个很好的固体基质材料,同时又最大限度地保持其生物活
4、性[4]。本传感器设计采用利于微生物细胞生长的PVA—海藻酸盐溶胶—凝胶包埋法。对筛选、分离得到的乙醇氧化细菌进行固定,将其制备成固定化小球。由于细菌的共固定化能使各组分之间互补催化活性,在生长过程中相互促进,形成了丰富的酶系和多样化产物体系,平衡2个不同细胞之间相应的酶活性获得高产率。1.2Clark氧电极的工作原理【4】Clark氧电极由铅阴极做工作电极，银阳极作为参比电极，0.1mo比的KCI做支持电解质，一个硅膜通过O型圈附着在阴极表面。其基本工作原理描述如下:当溶解氧分子通过硅膜进入电极的电解质溶液时，在铂阴极上将会有电子的还原，形成羟基离子(O
5、H-)，O2+2H2O+4e-~4OH-这时轻基离子的负电荷将会扩散到镀银的阳极，与银原子发生反应生成氧化银(AgZo)，从而释放出电子形成电流。2Ag+2OH-~Ag2O+H20+2e-产生的电流信号将会放大从而通过计算机实时记录。根据法拉第定律:流过溶解氧分析仪电极的电流和氧分压成正比,在温度不变的情况下电流和氧浓度之间呈线性关系。当体系中存在乙醇时,被乙醇氧化菌氧化,细菌呼吸活性增强,消耗体系中的溶解氧,导致扩散进入氧电极表面的溶解氧分子减少,进而电极的输出值降低。溶解氧的消耗量由溶解氧电极检测并转换为可输出电流信号。产生的电流信号将会放大从而通过计
6、算机实时记录分析。由于化学换能器的探头的独特性设计,只允许溶解氧分子通过,从而提高了制备耗氧反应的微生物传感器的选择性和灵敏度。1.3传感器检测的在线控制通过计算机和微型控制器的结合,可实现乙醇在线和连续性检测,计算机作为终端设备实现数据的处理和显示,微型控制器则对整个过程进行控制,从而实现可持续的在线检测。2 传感器系统的组成和实现【5】如图1所示,为设计的乙醇微生物传感系统的示意图,它主要是由微型控制器、固定化微生物反应器、Clark氧电极和数据记录器及计算机组成。乙醇样品通过泵的作用下送入到搅拌器中,恒温搅拌器保证了在温度恒定的条件下均匀搅拌液体和磷
7、酸盐溶剂。数据记录器和计算机接收到实时监测数据,并进行分析,由溶解氧含量转换成乙醇浓度。计算机发送指令到微型控制器,通过微型控制器来控制恒温搅拌器与泵的正常运转,从而实现整个传感器系统的实时在线检测。乙醇微生物传感器的优缺点比较及研究方向乙醇生物传感器准确、快速、可靠、价格低、性能高生物传感器的研究工作将主要围绕选择活性强、选择性高的生物传感元件;提高信号检测器与转换器的使用寿命;生物响应的稳定性和生物传感器的微型化、便携式等问题。生物传感器专一、快速、准确,具有特异的生物分子识别功能和均匀快速的物理化学方法相结合的特点。但生物传感器均不能经受高温灭菌,使
8、用寿命短且微生物电极有易导致染菌而污染发酵过程。生物传感器技术的不
