專利名稱：一種用于在線檢測(cè)溶液中甲醇濃度的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，具體地說，涉及一種用于發(fā)酵過程的檢測(cè)甲醇的傳感器。
目前文獻(xiàn)報(bào)道的在線檢測(cè)發(fā)酵液中甲醇濃度的方法主要有兩種(1)硅膠管測(cè)量法，其原理為發(fā)酵液中甲醇從硅膠管外滲透過硅膠管壁，進(jìn)入硅膠管內(nèi)，被管內(nèi)的載氣帶走，進(jìn)入氣敏電子元件，產(chǎn)生電信號(hào)(GuarnaM.M.，Lesnicki G.L.，Tam B.M.，et al.Biotechnol.Bioeng.，1997，56279-286)。
(2)尾氣測(cè)量法，發(fā)酵罐中放出的含甲醇的尾氣進(jìn)入氣敏電子元件，產(chǎn)生電信號(hào)。(Katakura Y.，Zhang W.，Zhuang G.，et al.J.Ferment.Bioeng.，1998，86482-487)。
但以上這些方法存在以下不足第一種方法受硅膠管壁擴(kuò)散速率限制，實(shí)時(shí)性差，滯后嚴(yán)重(一般響應(yīng)時(shí)間超過十分鐘)，不能反映發(fā)酵罐中的瞬時(shí)甲醇濃度變化，難以適應(yīng)甲醇濃度的自動(dòng)化控制；第二種方法容易受到氧氣濃度、氣量波動(dòng)、氣體組份、水份等較嚴(yán)重的干擾，信號(hào)穩(wěn)定性差，且容易引起傳感器中毒失效。
因此上述的方法不利于工業(yè)化應(yīng)用推廣。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思(1)為了在線檢測(cè)發(fā)酵罐中的瞬時(shí)甲醇濃度變化，必須提高甲醇的擴(kuò)散速度，縮短傳感器的響應(yīng)時(shí)間。由于甲醇很容易通過分子擴(kuò)散透過聚四氟乙烯、硅膠、聚乙烯等材料，本發(fā)明選用這些材料作為半透膜。發(fā)酵液中的甲醇可透過半透膜擴(kuò)散到氣相。甲醇在半透膜中的擴(kuò)散速率主要由液相甲醇濃度決定。
(2)在氣相側(cè)用選擇性氣敏電子元件檢測(cè)氣相甲醇濃度，該電子元件的電阻隨氣相中甲醇濃度的變化而變化，即可依據(jù)擴(kuò)散模型推算出液相中的甲醇濃度或用冷模實(shí)驗(yàn)作出標(biāo)準(zhǔn)曲線，通過對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線確定發(fā)酵液中的甲醇濃度。
(3)傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合工業(yè)使用需要，可以高溫滅菌，能方便地安裝在發(fā)酵罐的通用接口上。
本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的傳感器包括一個(gè)中部設(shè)有載氣管的管狀殼體；一個(gè)設(shè)置在載氣管端部的半透膜；一個(gè)設(shè)置在載氣管內(nèi)且與半透膜相鄰的篩板，半透膜與篩板之間的空腔為擴(kuò)散腔；一個(gè)設(shè)置在載氣管內(nèi)、一端穿過篩板與擴(kuò)散腔連通的導(dǎo)氣管；一個(gè)與導(dǎo)氣管相連通的氣敏電子元件。
上述的傳感器是這樣工作的將傳感器設(shè)有半透膜的一端插入發(fā)酵罐，液相中的甲醇透過半透膜擴(kuò)散到擴(kuò)散腔；載氣通過載氣管穿過篩板上的篩孔進(jìn)入擴(kuò)散腔，與通過半透膜進(jìn)入擴(kuò)散腔的甲醇混合，設(shè)置篩板的目的是改善擴(kuò)散腔內(nèi)氣體流動(dòng)狀況，降低返混，防止擴(kuò)散腔內(nèi)的氣體與載氣通道的氣體返混；載氣與甲醇的混合物通過導(dǎo)氣管導(dǎo)入氣敏電子元件，當(dāng)載氣流量恒定時(shí)，由于甲醇在半透膜中的擴(kuò)散速率主要決定于液相甲醇的濃度，擴(kuò)散腔內(nèi)甲醇濃度與液相甲醇濃度成正比關(guān)系。因此，氣敏電子元件所指示的載氣中的甲醇濃度可以準(zhǔn)確地反映出液相甲醇的濃度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇的濃度進(jìn)行測(cè)定。
本發(fā)明的傳感器的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的1、本傳感器的響應(yīng)時(shí)間小于120秒鐘，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它測(cè)量方法。能夠滿足在線檢測(cè)控制的要求。2、本傳感器不受發(fā)酵罐的通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速、溶解氧含量的影響。3、本傳感器應(yīng)用范圍廣泛，可用于以甲醇為碳源的酵母如漢遜酵母、球擬酵母、假絲酵母及畢赤酵母等的發(fā)酵中，或用于其他溶液中甲醇、乙醇等可揮發(fā)性有機(jī)氣體的在線檢測(cè)及控制。
圖2為發(fā)酵過程中傳感器在線測(cè)定的甲醇濃度與取樣后的樣品離線用氣相色譜測(cè)定的甲醇濃度的比較。
按照本發(fā)明，所說的半透膜2的表面積為3-500平方毫米，厚度為0-1毫米，材料為聚四氟乙烯、硅膠、聚乙烯等甲醇可透過材料，擴(kuò)散腔7體積為1.5-2500立方毫米，半透膜2與篩板3之間的間距為0～30mm，導(dǎo)氣管4直徑范圍0.1-5毫米，篩板3開孔孔徑為0.1-2毫米，開孔率為0.5％-50％，所說的氣敏電子元件6為一種有機(jī)氣體敏感電阻，可采用日本Figaro公司生產(chǎn)的型號(hào)為TGS822電阻或其它公司類似產(chǎn)品。
實(shí)施例1在重組畢赤酵母發(fā)酵過程中，用本發(fā)明的傳感器在線檢測(cè)發(fā)酵液中的甲醇濃度。其中
半透膜材料為聚四氟乙烯，厚度為0.5毫米，表面積為45平方毫米，導(dǎo)氣管直徑為1.1毫米，篩板直徑8毫米，開孔孔徑0.8毫米，開孔率10％。氣敏元件為日本Figaro公司生產(chǎn)的型號(hào)為TGS822的電阻。首先在發(fā)酵罐中裝水，加不同濃度的甲醇(0.1-1％，v/v)作出傳感器響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后在發(fā)酵罐中裝培養(yǎng)基及本傳感器熱滅菌后發(fā)酵。通過傳感器的響應(yīng)值與標(biāo)準(zhǔn)曲線的對(duì)照確定發(fā)酵液中的甲醇濃度。從第25小時(shí)開始向發(fā)酵罐中流加甲醇，圖2為發(fā)酵過程中傳感器在線測(cè)定的甲醇濃度與取樣后的樣品離線用氣相色譜測(cè)定的甲醇濃度的比較，從圖中可以看出，兩者之間基本吻合。其中的偏差可以通過校正予以排除。因此該傳感器可以較好地即時(shí)在線檢測(cè)畢赤酵母發(fā)酵過程中甲醇的濃度。
權(quán)利要求
1.一種用于在線檢測(cè)溶液中甲醇濃度的傳感器，其特征在于，該傳感器包括一個(gè)中部設(shè)有載氣管(5)的管狀殼體(1)；一個(gè)設(shè)置在載氣管(5)端部的半透膜(2)；一個(gè)設(shè)置在載氣管(5)內(nèi)且與半透膜(2)相鄰的篩板(3)，半透膜(2)與篩板(3)之間的空腔為擴(kuò)散腔(7)；一個(gè)設(shè)置在載氣管(5)內(nèi)、一端穿過篩板(3)與擴(kuò)散腔(7)連通的導(dǎo)氣管(4)；一個(gè)與導(dǎo)氣管(4)相連通的氣敏電子元件(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，半透膜(2)的表面積為3～500平方毫米，厚度為0～1毫米。
3.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，擴(kuò)散腔(7)體積為1.5～2500立方毫米。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，半透膜(2)與篩板(3)之間的間距為0～30mm。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，導(dǎo)氣管(4)直徑為0.1～5毫米。
6.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，篩板(3)開孔孔徑為0.1-2毫米，開孔率為0.5％-50％。
7.如權(quán)利要求1～6任一所述的傳感器，其特征在于，半透膜(2)材料為聚四氟乙烯、硅膠或聚乙烯。
8.如權(quán)利要求3或4所述的傳感器，其特征在于，半透膜(2)的表面積為3～500平方毫米，厚度為0～1毫米。
9.如權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于，半透膜(2)的表面積為3～500平方毫米，厚度為0～1毫米。
10.如權(quán)利要求1所述的傳感器，所況的氣敏電子元件(6)為一種有機(jī)氣體敏感電阻，可采用日本Figaro公司生產(chǎn)的型號(hào)為TGS822電阻或其它公司類似產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在線檢測(cè)溶液中甲醇濃度的傳感器。該傳感器包括:中部設(shè)有載氣管的管狀殼體、半透膜、氣敏電子元件和篩板等部件,將傳感器設(shè)有半透膜的一端插入發(fā)酵罐,液相中的甲醇透過半透膜擴(kuò)散到擴(kuò)散腔,載氣通過載氣管穿過篩板上的篩孔進(jìn)入擴(kuò)散腔,與通過半透膜進(jìn)入擴(kuò)散腔的甲醇混合,載氣與甲醇的混合物通過導(dǎo)氣管導(dǎo)入氣敏電子元件,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇的濃度進(jìn)行測(cè)定。本發(fā)明的傳感器的響應(yīng)時(shí)間小于120秒鐘,能夠滿足在線檢測(cè)控制的要求,不受發(fā)酵條件的影響,應(yīng)用范圍廣泛,可用于以甲醇為碳源的酵母如漢遜酵母、球擬酵母、假絲酵母及畢赤酵母等的發(fā)酵中,或用于其他溶液中甲醇、乙醇等可揮發(fā)性有機(jī)氣體的在線檢測(cè)及控制。
文檔編號(hào)G01N27/12GK1346982SQ01132168
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2001年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者張?jiān)d, 周祥山, 陸健, 范衛(wèi)民 申請(qǐng)人:山東東阿阿膠股份有限公司, 華東理工大學(xué)