生物发酵过程尾气浓度监测用哪些气体传感器？

每个生物反应器系统都依赖于向细胞培养物中引入氧气，并去除二氧化碳以防止细胞毒性。
各种生物反应器的特性和组件对这些过程的优化至关重要，包括分散器、叶轮、挡板和生物反应器形状。在这里，我们将介绍在生物反应器中的使用，并讨论它们面临的尾气监控的技术挑战和解决方案。
 

背景:调节生物反应器中的氧气和二氧化碳水平
较小的生物反应器可以有效地分配氧气和去除二氧化碳，而不需要喷雾器。然而，这些措施不适用于大型生物反应器，因为较低的表面积与体积比会导致二氧化碳积聚并阻碍氧气的渗透。因此，需要喷雾器来引入氧气和去除二氧化碳。
通常，同时具有微观和宏观分散器的系统是有用的，因为它们可以满足不同的过程需求。例如，宏观喷雾器产生的较大气泡可以有效地去除溶液中的溶解二氧化碳，而大气泡需要强烈的搅拌才能使其破裂并释放氧气。
虽然这对耐寒的细胞系来说可能没问题，但这种搅动可能会对更脆弱的哺乳动物细胞造成损害。在这种情况下，首先可以使用功率较低的宏观分散器去除二氧化碳，然后使用串联微型分散器产生更小的气泡，从而更有效地输送氧气。
 

挑战:气泡特性影响氧气传质和CO2溶出
气泡的形成和大小影响氧气在整个生物反应器中的分散方式。气泡的特征受孔隙大小和分布、喷淋材料、流速、液气性质和压力等因素的影响。例如，微型喷射器倾向于产生较小的球形气泡，而宏观喷射器倾向于产生稍大且形状不均匀的气泡。
气泡的形状和大小决定了细胞将经历的剪切应力的大小，二氧化碳剥离的有效性，以及氧气的传质。因此，优化喷雾器以确保氧气气泡大小和分布均匀且不会损坏细胞是很重要的。这可能是一个挑战，因为喷射器的气泡输出可能会根据流量和容器尺寸而发生显着变化。这种不可预测的行为使得确定剪切力和氧传质变得困难。
ZrO2氧化锆氧气传感器和红外IR传感器测量CO2浓度
 

一、氧气传感器（ZrO2传感器）
氧化锆氧气传感器系统O2S-FR-T2-18BM-C产品特性：

1.传感器快速响应 T90<4s，不需要环境温度和气压稳定。
2.维护简单，在新鲜空气中单点校准即可满足全量程精度（默认空气为20.7%氧浓度）。
3.工作电压24Vdc和输出4-20mA线性信号，和ModbusRTU 485信号便于接入PLC系统。
4.测量氧浓度范围0-25%Vol，50%可选择，整体耐温范围 -40 to 80℃
 

二、二氧化碳传感器（IR红外CO2传感器）：%CO2

红外吸收（IR）是用于CO2测量的十分常见的传感技术，请在这里了解更多关于Rotronic如何测量CO2的信息。红外吸收的问题是，如果发生冷凝，那么光源可能会被水折射，无法到达光探测器。为了避免这个问题，CCA-S-20X被加热以避免形成冷凝。如果发生冷凝，很可能会出现正气体读数，而不是传感器故障。一旦传感器充分加热以排出水，它们就会从冷凝中恢复。Rotronic采用红外吸收技术，确保对二氧化碳进行准确的测量。CCA-S-20X Set传感器可以测量0…10%的二氧化碳，0-20%以及其他浓度可选。

典型应用：
制药工业
沼气厂
任何类型的发酵过程
实验室规模化监控
大型工业工厂
平行生物反应器
一次性摇摆反应器

审核编辑 黄宇