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微电极案例:在微生物电化学反应器中分析溶解氢浓度的考量

更新时间:2024-06-17   点击次数:111次

本次分享一篇由丹麦奥胡斯大学研究团队在《PLOS ONE》上发表的一篇学术论文Considerations on the use of microsensors to profile dissolved Hconcentrations in microbial electrochemical reactors。讨论了在微生物电化学反应器(microbial electrochemical reactors, MES)中使用微电极传感器测量溶解氢(H2)浓度的方法及其考虑因素。以下是对本文核心内容的简述:

  1. 研究背景:微生物电化学过程,如微生物电合成(MES),对利用二氧化碳和储存可再生电能的生物技术发展具有高度兴趣。在这些过程中,H2作为关键的中间体参与微生物在阴极的电子摄取过程。

  2. 微传感器方法:文章描述了一种在标准H型电池反应器中测量和分析溶解H2浓度的微传感器方法。通过水平放置石墨阴极,使用电动微轮廓系统和立体显微镜精确放置H2微传感器于阴极表面。

  3. 实验设置:实验中使用了Sporomusa ovata这种产乙酸菌,测试了接种和未接种的微生物电化学反应器在不同时间点的H2浓度分布。




    Fig 1: 展示了微生物电化学反应器中H2微传感器设置的示意图。阴极水平放置,可以使用微操纵器和从阴极表面向气液界面(由深蓝色虚线指示)进行轮廓测量。温度探头放置在介质中,加热板维持介质温度在30°C。头空间用N2/CO2气体冲洗。封闭阴极室的橡胶塞不是气密的,如曲线箭头所示,因此气体可以离开室。Sporomusa ovata(黄色形状)已经在阴极室接种。阳极垂直放置。质子交换膜分隔了阴极和阳极室。阴极、阳极和参比电极连接到电位计,即使在H2微传感器测量期间,阴极也被偏置在相对于标准氢电极的-610 mV。

  4. 结果:在未接种的对照组反应器中,H2随时间积累,而在接种了S. ovata的反应器中,整个实验期间H2浓度维持在较低水平(< 4 μM)。

  5. 微传感器的限制:研究发现,尽管微传感器方法可以提供有洞察力的H2分布情况,但也存在一些限制。例如,由于固体阴极表面阻碍了H2向微传感器的扩散,微传感器可能无法在固体阴极表面附近准确测量H2。此外,实验过程中需要保持严格的温度控制,以克服微传感器对温度的敏感性。

  6. 结论:尽管存在一些限制,微传感器方法仍然是研究微生物电化学系统中H2动态的有用工具。但研究者在使用微传感器时

微电极技术在本文中的应用:本文主要应用了H2微电极传感器来测量微生物电化学反应器中的溶解H2浓度。微电极提供了在微米尺度上解析H2分布的能力,这对于理解微生物电化学过程的机制至关重要。此外微电极的使用需要考虑其对实验条件(如温度、头空间冲洗)的敏感性,以及可能的测量限制,如在固体阴极表面附近的测量准确性问题。



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