氧含量和(hé)pH值是生物(wù)工程中最重要的(de)化(huà)工過程參數，需要對(duì)其進行監測。兩者都會對(duì)細胞生長(cháng)速度、産品的(de)産量和(hé)質量産生著(zhe)重要的(de)影(yǐng)響。因此要使各個(gè)批次的(de)産品質量保持一緻，測量系統的(de)選擇非常重要。其中，安裝、保養和(hé)系統安全性是用(yòng)戶在使用(yòng)傳感器時(shí)要特别考慮的(de)因素。
近年來(lái)，光(guāng)學傳感器（如圖1所示）主要用(yòng)于氧氣的(de)測量，與安培傳感器相比，它具有以下(xià)幾個(gè)優勢：
· 不需要極化(huà)；
· 不含電解質，因此無需加入腐蝕性化(huà)學物(wù)質；
· 初次使用(yòng)前無需預處理(lǐ)；
· 僅需極少的(de)保養；
· 無漂移。
與使用(yòng)電化(huà)學原理(lǐ)的(de)電流傳感器不同，光(guāng)學傳感器采用(yòng)的(de)是熒光(guāng)猝滅原理(lǐ)，能精确快(kuài)速地确定氧氣濃度（如表1所示）。幾年前，Mettler Toledo研發了(le)Optocap元件，該元件将傳感器的(de)光(guāng)敏元件集成爲一個(gè)部件，并且可(kě)以整體更換。該傳感器元件可(kě)防止傳感器聚集氣泡，從而避免了(le)在測量信号的(de)過程中産生噪聲，使氧氣測量穩定且有效。
集成診斷簡潔明(míng)了(le)
現代光(guāng)學測量系統具有集成診斷功能，該功能會以純文本形式告知用(yòng)戶何時(shí)需要更換Optocap元件，以及它在給定的(de)過程條件下(xià)還(hái)可(kě)以使用(yòng)多(duō)長(cháng)時(shí)間。此外，該系統的(de)計時(shí)器功能還(hái)會顯示下(xià)一次校準和(hé)調整的(de)時(shí)間。這(zhè)些系統能夠自動檢測測量過程的(de)穩定性，利用(yòng)校準數據和(hé)當前過程條件預先計算(suàn)出可(kě)能出現的(de)傳感器漂移，再通(tōng)過預計的(de)偏差校正測量值，以實現長(cháng)期穩定性。此外，它們還(hái)可(kě)以自動檢測清潔（CIP在線清潔）循環和(hé)滅菌或高(gāo)壓滅菌（SIP在線滅菌）循環的(de)次數，并設定CIP和(hé)SIP循環的(de)最大(dà)連續次數。
通(tōng)過PC或筆記本電腦(nǎo)進行校準和(hé)調整
隻有精确校準的(de)測量系統才能提供準确的(de)測量值。光(guāng)學傳感器采用(yòng)的(de)是兩點校準：一是以空氣作爲校準介質，空氣的(de)組分(fēn)非常恒定，包含20.95Vol-%的(de)氧氣；二是在無氧介質中進行校準，如純度至少爲99.995Vol-%的(de)氮氣。在空氣中進行校準時(shí)，必須同時(shí)考慮空氣濕度和(hé)當前的(de)大(dà)氣壓，在校準過程中将其輸入到測量設備中，便可(kě)以計算(suàn)出正确的(de)氧分(fēn)壓。
現在可(kě)以通(tōng)過網絡或天氣App就能夠輕松地查詢到這(zhè)些數據。光(guāng)學傳感器也(yě)可(kě)以通(tōng)過帶有氣壓和(hé)濕度傳感器的(de)USB接口，直接在電腦(nǎo)上進行校準和(hé)調整。電腦(nǎo)的(de)校準軟件還(hái)可(kě)提供其他(tā)常用(yòng)的(de)功能，如數據庫中的(de)傳感器管理(lǐ)、用(yòng)戶管理(lǐ)和(hé)全面的(de)傳感器診斷。
光(guāng)敏傳感器元件的(de)使用(yòng)壽命取決于工作條件。應用(yòng)于生物(wù)技術時(shí)，每周使用(yòng)該元件測量兩批次，其使用(yòng)壽命最長(cháng)可(kě)達半年。當氧分(fēn)壓大(dà)于60 hPa且單批使用(yòng)時(shí)間持續3～5天時(shí)，通(tōng)常每隔5～10個(gè)批次在空氣中進行一點校準就足夠了(le)。當生物(wù)技術工藝過程更長(cháng)，如分(fēn)批補料式培養和(hé)灌注培養，且氧分(fēn)壓更大(dà)時(shí)，則應該在每批培養前在空氣中進行一點校準。
更換Optocap元件後，必須再次進行兩點校準。在批次培養開始時(shí)，對(duì)其進行通(tōng)氣，然後使用(yòng)特殊的(de)過程校準程序（縮放比例），将測量值設置爲100%空氣飽和(hé)度所需的(de)起點。
含氧量高(gāo)會縮短使用(yòng)壽命
傳感器的(de)使用(yòng)壽命是一個(gè)重要問題。傳感器的(de)使用(yòng)壽命通(tōng)常取決于3個(gè)因素：在高(gāo)溫、氧氣濃度高(gāo)且發色團同時(shí)被光(guāng)照(zhào)時(shí)，會降低傳感器的(de)使用(yòng)壽命。這(zhè)就是爲什(shén)麽在CIP和(hé)SIP循環以及不使用(yòng)傳感器時(shí)應關閉光(guāng)學傳感器中LED光(guāng)源的(de)原因。當測量設備接收到過程控制的(de)數字信号時(shí)，測量設備将會關閉。另一種可(kě)能性是設定關閉溫度（如設定爲42℃），一旦達到這(zhè)個(gè)溫度，傳感器中的(de)L?E?D将自動關閉。
工藝集成的(de)建議(yì)和(hé)技巧
光(guāng)學傳感器可(kě)以輕松地集成到現有的(de)工藝中，因爲它們具有相同的(de)工藝連接件和(hé)尺寸（直徑和(hé)安裝長(cháng)度）以及衛生性能（CIP/SIP、介質材料和(hé)表面質量）。與傳統的(de)提供nA範圍内的(de)傳感器電流作爲原始值的(de)安培傳感器不同，光(guāng)學傳感器提供的(de)是數字信号（相位角phi）。
最佳配置是将光(guāng)學傳感器與兼容的(de)變送器結合使用(yòng)。這(zhè)樣做(zuò)不僅可(kě)以得(de)到純度值，還(hái)可(kě)以處理(lǐ)大(dà)量的(de)診斷數據。目前有用(yòng)于模拟或數字連接的(de)方式可(kě)供選擇，可(kě)以連接到現有的(de)發酵控制器（生物(wù)控制器）或變送器。
降噪如何進行？
在台式發酵罐中，光(guāng)學傳感器通(tōng)常垂直安裝在蓋子上。如果在充氣過程中有氣泡留在傳感器尖端，則在有氧過程中會産生明(míng)顯的(de)信号噪聲。通(tōng)常這(zhè)種情況會在常規的(de)安培傳感器中出現，即使設計不同，但光(guāng)學傳感器也(yě)會發生這(zhè)種反應。對(duì)此，傾斜的(de)尖端和(hé)疏水(shuǐ)表面可(kě)以應對(duì)這(zhè)一問題。它們使氣泡無法黏附在傳感器上并立即被排走，從而完全消除了(le)信号噪聲。
同種類型的(de)傳感器适用(yòng)于不同大(dà)小的(de)發酵罐
當要對(duì)生物(wù)技術過程進行最優化(huà)的(de)監控時(shí)，光(guāng)學傳感器具有諸多(duō)優勢。無論在研發台式小型發酵罐時(shí)，還(hái)是将中型發酵罐進行規模升級時(shí)，或者是在工藝研發（PD）中生産大(dà)型發酵罐時(shí)，使用(yòng)相同型号的(de)傳感器，獲得(de)的(de)測量值均一緻。如今，已經有大(dà)量靈活的(de)集成方案可(kě)用(yòng)于将傳統的(de)安培傳感器升級爲現代光(guāng)學傳感器。
