在生物處理工作流程中測量的**關(guān)鍵且經(jīng)常監(jiān)測的參數(shù)之一是pH。蛋白質(zhì)和其他大分子對pH敏感，在**佳pH條件下會失去穩(wěn)定性。精簡和擴(kuò)大蛋白質(zhì)生物加工時，準(zhǔn)確的pH測量變得更加重要。

甲pH計  確定的酸度或溶液的堿度，或氫離子的其濃度，通過測量兩個電極之間的電勢差- pH電極，這是氫離子敏感，和參考電極-其攜帶一公知的電極電位。典型的電極含有氯化鉀作為電解質(zhì)的溶液。理想地，pH由電極電位之間的差異計算。在現(xiàn)實(shí)世界中，許多因素會干擾準(zhǔn)確的測量。這些包括電極的年齡和狀況以及是否正確校準(zhǔn)。

對于生物加工工作流程，pH通?？刂圃诜浅Ｕ姆秶鷥?nèi)。監(jiān)測pH有三種主要方法：離線監(jiān)測，在線監(jiān)測和現(xiàn)場測量。對從過程中移除的樣品執(zhí)行離線監(jiān)測，并在過程中集成現(xiàn)場監(jiān)測。在線監(jiān)測是兩者之間的流行折衷，其中樣本自動從流中轉(zhuǎn)移并快速分析。在本文中，我們將討論pH監(jiān)測在生物加工工作流程中的不同方法和應(yīng)用。

電極選項

離線測量是測量生物處理參數(shù)的非常直接的方法。從過程中取出的樣品進(jìn)行離線測量。這通常是一種非常可靠和準(zhǔn)確的監(jiān)測方法，但它可能是緩慢且勞動密集的。使用容器內(nèi)的傳感器或流動管線進(jìn)行現(xiàn)場或在線監(jiān)測。這些傳感器提供快速，實(shí)時的測量，但它們在pH范圍和耐用性方面的測量靈敏度可能不足。

在線監(jiān)測適用于離線和現(xiàn)場監(jiān)測之間的某種程度。通常，在線監(jiān)測是指自動撤回和分析樣品的過程。該方法在原位測量的快速性和離線測量的可靠性之間提供了良好的折衷。

可以使用臺式pH計或自動滴定系統(tǒng)處理離線pH測量。為了獲得準(zhǔn)確的pH讀數(shù)，應(yīng)快速進(jìn)行離線測量，以避免CO2排氣引起的漂移。

樣品對電極的影響

樣品的質(zhì)量也可能使獲得準(zhǔn)確的pH測量的任務(wù)復(fù)雜化。

生物加工專注于大批量發(fā)酵和蛋白質(zhì)純化。需要測試的樣品類型包括：組織培養(yǎng)基，細(xì)菌和酵母懸浮液，細(xì)胞裂解液，純化蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)和核酸溶液。pH電極的功能依賴于樣品的電導(dǎo)率。如果樣品缺乏導(dǎo)電離子，則難以獲得任何準(zhǔn)確的pH讀數(shù)。例如，非常純凈的水是用于pH測量的困難介質(zhì)。

另一個極端是含有許多大有機(jī)分子的樣品。大多數(shù)生物過程樣品都含有大量這些大分子，包括目標(biāo)蛋白質(zhì)以及核酸和細(xì)胞碎片。這些解決方案可能導(dǎo)致電極隔膜或參比結(jié)的堵塞，這是電極中系統(tǒng)和溶液電接觸的部分。參比接點(diǎn)必須足夠透過，以使參比電解液流出。參考接頭有多種材料可供選擇，適用于不同的應(yīng)用。陶瓷連接點(diǎn)在一般應(yīng)用中很受歡迎，但其孔隙很容易被有機(jī)物堵塞。鉑結(jié)不容易堵塞，但其擴(kuò)散潛力低于陶瓷。

“為了獲得準(zhǔn)確且可重復(fù)的測量，隔膜必須非常干凈。如果由于有機(jī)分子較大而導(dǎo)致隔膜堵塞或阻塞，電解液就無法流過，而且您的pH讀數(shù)將會振蕩，“瑞士萬通美G市場經(jīng)理Hari Narayanan說。Narayanan建議Metrohm的Unitrode電極用于難溶液，Viscotrode用于粘性溶液。

由于液體電極的復(fù)雜性，其中電解質(zhì)與樣品接觸，一些生物加工研究人員更喜歡凝膠電解質(zhì)，其由氯化鉀和聚合物膠凝劑組成，以防止電解質(zhì)在參比接頭處泄漏到樣品中。凝膠在測量過程中與樣品表面接觸，但不會流入樣品或與樣品混合。

YSI的TruLine pH 21和pH 27電極使用聚合物電解質(zhì)。根據(jù)YSI的網(wǎng)站，這些電極維護(hù)成本低，因?yàn)樗鼈儾恍枰偬畛潆娊赓|(zhì)溶液。

除了改進(jìn)的電極技術(shù)外，許多供應(yīng)商還提供滴定系統(tǒng)，其功能超出簡單的pH讀數(shù)。瑞士萬通的Omnis滴定儀是一個完整的系統(tǒng)，可以同時對四個樣品進(jìn)行pH分析。它包括液體處理功能和自動分析的軟件。

超越電極：光學(xué)傳感器

光學(xué)傳感器是一些在現(xiàn)場和在線監(jiān)測系統(tǒng)中使用的新技術(shù)。

光學(xué)傳感器使用pH敏感染料。pH的變化引發(fā)可以通過分光光度法檢測的吸光度或熒光的變化。PreSens Precision Sensing GmbH為生理解決方案和培養(yǎng)基提供無創(chuàng)pH傳感器。SensorSpots是非侵入式光學(xué)氧傳感器，可以粘附在透明容器的內(nèi)表面上。根據(jù)PreSens的網(wǎng)站，這些傳感器可以與培養(yǎng)瓶，試管，培養(yǎng)皿和培養(yǎng)袋一起使用。PreSens的流通式細(xì)胞pH采用小型光纖化學(xué)傳感器，集成在流通池中，用于在線pH監(jiān)測。

PreSens營銷和創(chuàng)新總監(jiān)Gernot Thomas John表示，客戶常常對傳感器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性感到好奇。“由于采用了**的雙壽命參考機(jī)制，PreSens pH傳感器顯示出更高的穩(wěn)定性。通過單點(diǎn)調(diào)整，準(zhǔn)確度**高，這是大多數(shù)控制器支持的功能，“John說。

Ocean Optics開發(fā)了一種溶膠 - 凝膠（濕化學(xué)制造技術(shù)）裝置，稱為光電極，用于pH值范圍5到9的pH測量。光電傳感器使用固定在溶膠 - 凝膠基質(zhì)中的pH敏感染料（膠體）通過將納米顆粒分散在液體中形成的混合物。來自溶液的氫離子擴(kuò)散到凝膠中并引發(fā)顏色變化。根據(jù)Ocean Optics的網(wǎng)站，溶膠 - 凝膠傳感器的響應(yīng)時間比典型的聚合物凝膠快。

通常，在線光學(xué)傳感器用于上游處理，而下游處理需要電極的精度。但這取決于目標(biāo)產(chǎn)品以及工作流程的優(yōu)化方式。

無論是離線，在線還是介于兩者之間，生物加工工作流程中的pH測量jue對**關(guān)重要。酶分子的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)可以通過pH的小偏差顯著影響。大多數(shù)酶動力學(xué)是pH依賴性的，并且如果允許pH在加工中偏離，則酶活性將很差或不存在?；诘鞍踪|(zhì)的藥物產(chǎn)品在**佳pH范圍之外可能在結(jié)構(gòu)上不穩(wěn)定，并且如果pH不保持在一定范圍內(nèi)，則一些純化過程可能工作不良或失敗。對于大批量制備，pH值調(diào)整的錯誤在美元方面可能是極其昂貴的，并且延遲嚴(yán)格的生產(chǎn)計劃。尋找**佳系統(tǒng)和**佳電極或傳感器取決于許多過程變量。雖然pH計通常在實(shí)驗(yàn)室中被認(rèn)為是理所當(dāng)然的，但維護(hù)不良或臟的電極會給出錯誤的讀數(shù)。因此，請務(wù)必為您的應(yīng)用選擇**佳工具，并仔細(xì)遵循使用，維護(hù)和校準(zhǔn)說明。