pH值測定原理 pH 值是水溶液中氫離子活度的方便表示方法。pH值定義為水溶液中氫離子活度（aH +）的負對數，即 pH= -lg aH +，但氫離子活度卻難以由實驗準確測定。為使用方便，溶液的pH 值規(guī)定為由下式測定：
pH值測量工具
測量pH需使用對氫離子敏感的指示電極，測量的原理是使用一個對氫離子感應的玻璃膜傳感器，檢測傳感器與樣品溶液間產生的信號。然而，單單有pH電極的指示電位是不夠的，還需要第二電極，第二電極可以為指示電極提供穩(wěn)定的參比電極或電位，測量pH值必須一起使用這兩種不同電位的電極，pH電極根據氫離子濃度而產生電信號，電信號的大小決定了溶液的酸堿度。
復合電極中pH敏感玻璃電極位于中間，外圍被充滿了參比電極液的參比電極所包圍，復合電極中的pH電極和參比電極部分和獨立的電極擁有同樣的功能，在復合電極中加入溫度探頭的三合一電極更多應用在生物發(fā)酵領域進行溶液pH值測定。
如下圖所示。
圖1 - 三合一復合電極示意圖
pH值應用
細胞培養(yǎng)過程中為什么要控制pH值
1.影響細胞生長
細胞都有其適合生長的pH值范圍
（1）對營養(yǎng)成分的影響：不同的pH值條件下，培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質的穩(wěn)定性不同；各營養(yǎng)物質之間發(fā)生化學反應不同；有機碳、氮源的水解或變性情況不同。進而影響細胞對營養(yǎng)物質的利用。
（2）對細胞生物酶活性影響：培養(yǎng)基中的H+或OH-直接影響胞外生物酶的活性，進而影響細胞生長和蛋白表達。
（3）對細胞結構的影響。
（4）對細胞膜電荷影響：引起細胞膜的通透性發(fā)生改變，因而影響細胞對營養(yǎng)物質的吸收和代謝物排泄。
2.影響細胞代謝
培養(yǎng)基中的H+、OH-首先作用在胞外的弱酸（或弱堿）上，使之成為易于透過細胞膜的分子狀態(tài)的弱酸（弱堿），它們進入細胞后，再進行解離，產生H+或OH-離子，改變胞內原先的中性狀態(tài)，影響酶的結構和活性。進而影響細胞代謝。
3.影響產物穩(wěn)定性
不同的物質有不同的穩(wěn)定pH值范圍。特別是胞外表達的產物，直接裸露于培養(yǎng)液中，給予合適的pH條件至關重要。
4.影響發(fā)酵液的后處理
pH值直接影響發(fā)酵液中某些物質的電荷性質和發(fā)酵液的粘度。
細胞培養(yǎng)過程中pH值變化的影響因素
1.培養(yǎng)基基質
成分種類、含量及配比
其一，成分本身的酸堿特性；
其二，成分經過菌體代謝后呈現出酸堿性：凡是代謝后產生酸性的物質，稱為生理酸性物質；經代謝后產生堿性的物質，稱為生理堿性物質。
生理酸性物質，如硫酸銨：菌體吸收其中的NH4+作為氮源，殘留的SO42+與培養(yǎng)液中的H+結合成硫酸而使pH值降低。
生理堿性物質，如硝酸鈉：細胞吸收其中的NO3-量遠大于對Na的吸收量，為保持體內電性平衡，細胞向外界分泌HCO3-或OH-，使溶液的pH值上升。
（2）細胞生長平臺期：細胞生長、衰亡趨于平衡。pH值基本呈下降，但趨勢趨緩。若此時pH快速回升，說明碳源被利用完，被迫利用胞內有機酸所致。
（3）細胞衰亡期：由于細胞衰亡、自溶，pH值迅速回升。
3.通氣量及罐壓
1）引起pH降低：厭氧發(fā)酵，產生大量乳酸pH值降低；另外，通氣量流量小，產生的CO2不能及時隨尾氣排出，CO2溶于水中，使pH值降低。
2）引起pH值升高：氧氣供應不足使細胞衰亡自溶，引起pH值升高。
（2）罐壓太高：
一般高于0.03Mpa會引起pH值降低：隨著壓力增高，CO2在水中溶解度增加，因此引起pH值降低。
總結：除培養(yǎng)基基質成分、通氣量和壓力等物理、化學因素影響外，更多的是細胞生長代謝過程的生物因素構成了pH變化的關鍵原因。細胞培養(yǎng)過程中的pH值變化是培養(yǎng)過程狀態(tài)體現、是生物生長代謝的結果。pH值不僅是發(fā)酵過程中需要控制的參數，更是發(fā)酵過程控制的依據和風向標。
