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

甲pH計(jì)  確定的酸度或溶液的堿度，或氫離子的其濃度，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極之間的電勢(shì)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(jì)算。在現(xiàn)實(shí)世界中，許多因素會(huì)干擾準(zhǔn)確的測(cè)量。這些包括電極的年齡和狀況以及是否正確校準(zhǔn)。

對(duì)于生物加工工作流程，pH通常控制在非常窄的范圍內(nèi)。監(jiān)測(cè)pH有三種主要方法：離線監(jiān)測(cè)，在線監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。對(duì)從過(guò)程中移除的樣品執(zhí)行離線監(jiān)測(cè)，并在過(guò)程中集成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)是兩者之間的流行折衷，其中樣本自動(dòng)從流中轉(zhuǎn)移并快速分析。在本文中，我們將討論pH監(jiān)測(cè)在生物加工工作流程中的不同方法和應(yīng)用。

電極選項(xiàng)

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

在線監(jiān)測(cè)適用于離線和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)之間的某種程度。通常，在線監(jiān)測(cè)是指自動(dòng)撤回和分析樣品的過(guò)程。該方法在原位測(cè)量的快速性和離線測(cè)量的可靠性之間提供了良好的折衷。

可以使用臺(tái)式pH計(jì)或自動(dòng)滴定系統(tǒng)處理離線pH測(cè)量。為了獲得準(zhǔn)確的pH讀數(shù)，應(yīng)快速進(jìn)行離線測(cè)量，以避免CO2排氣引起的漂移。

樣品對(duì)電極的影響

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

生物加工專(zhuān)注于大批量發(fā)酵和蛋白質(zhì)純化。需要測(cè)試的樣品類(lèi)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(cè)量的困難介質(zhì)。

另一個(gè)極端是含有許多大有機(jī)分子的樣品。大多數(shù)生物過(guò)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(guò)，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(cè)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(wú)法流過(guò)，而且您的pH讀數(shù)將會(huì)振蕩，“瑞士萬(wàn)通美G市場(chǎng)經(jīng)理Hari Narayanan說(shuō)。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(cè)量過(guò)程中與樣品表面接觸，但不會(huì)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(jiǎn)單的pH讀數(shù)。瑞士萬(wàn)通的Omnis滴定儀是一個(gè)完整的系統(tǒng)，可以同時(shí)對(duì)四個(gè)樣品進(jìn)行pH分析。它包括液體處理功能和自動(dòng)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(chǎng)和在線監(jiān)測(cè)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(guò)分光光度法檢測(cè)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(wú)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(cè)。

PreSens營(yíng)銷(xiāo)和創(chuàng)新總監(jiān)Gernot Thomas John表示，客戶常常對(duì)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(guò)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(shuō)。

Ocean Optics開(kāi)發(fā)了一種溶膠 - 凝膠（濕化學(xué)制造技術(shù)）裝置，稱(chēng)為光電極，用于pH值范圍5到9的pH測(cè)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(guò)將納米顆粒分散在液體中形成的混合物。來(lái)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(shí)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(wú)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(cè)量jue對(duì)**關(guān)重要。酶分子的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)可以通過(guò)pH的小偏差顯著影響。大多數(shù)酶動(dòng)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。基于蛋白質(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(guò)程可能工作不良或失敗。對(duì)于大批量制備，pH值調(diào)整的錯(cuò)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(jì)劃。尋找**佳系統(tǒng)和**佳電極或傳感器取決于許多過(guò)程變量。雖然pH計(jì)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(huì)給出錯(cuò)誤的讀數(shù)。因此，請(qǐng)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(shuō)明。