K_La的测定方法

氧是难溶气体，在25℃和1个大气压下，纯水中溶解度为0.25 mol/m³左右。在好氧发酵过程中，氧气由气相传递到液相，为微生物消耗。氧的传递过程限速阻力位液膜阶段，此时K_la是描述氧的传递性能的重要参数。

1.目的

掌握利用亚硫酸盐测定容积氧体积传递系数的方法，了解氧传递在好氧发酵过程中的重要作用。

2.原理

以Cu离子为催化剂，溶解于水中的O₂能立即将水中的SO₃^2-氧化为SO₄^2-，其氧化反应的速度几乎与SO₃^2-浓度无关。实际上是O₂一经溶入液相，立即就被还原掉。这种反应特性使溶氧速率成为控制氧化反应的因素。其反应式如下：

可见，每溶解1mol O₂，将消耗2mol Na₂SO₃，将少消耗2mol I₂，将多消耗4mol Na₂S₂O₃。因此可根据两次取样滴定消耗Na₂S₂O₃的摩尔数之差，计算体积溶氧速率。公式如下：

式中 N_V：两次取样滴定消耗Na₂S₂O₃体积之差，

M：Na₂S₂O₃浓度，

：两次取样时间间隔，h

V₀：取样分析液体积。

将上述N_V值代入公式即可计算出k_La

由于溶液中SO₃^-2在Cu²⁺催化下瞬即把溶解氧还原掉，所以在搅拌作用充分的条件下整个实验过程中溶液中的溶氧浓度C=0。

在0.1Mpa(1atm)下，25ºC时空气中氧的分压为0.021MPa，根据亨利定律，可计算出C^*=0.24mmol/L，但由于亚硫酸盐的存在，C*的实际值低于0.24mmol/L，因此一般规定C^*=0.21mmol/L。所以k_La=N_V/0.21。

亚硫酸钠氧化法的优点是不需专用的仪器，适用于摇瓶及小型试验设备中k_La的测定。缺点是：测定的是亚硫酸钠溶液的体积溶氧系数k_La，而不是真实的发酵液中的k_La。

3. 试剂

a. 0.1mol/LNa₂S₂O₃溶液（需要标定），在使用前1-2周配置；

b.淀粉溶液：称取1g淀粉，放入100mL的水中加热搅拌煮沸2-3min；

c.0.05mol/L的I₂溶液：称取30gKI，加入10mL,溶解，再称取19.5g碘搅拌充分溶解，定容1.5L（根据实验用量调节），避光保存；

d. 0.1mol/L硫酸铜溶液。

4. 仪器

吸管，50mL三角瓶、酸式滴定管、300-500mL三角瓶。

5. 实验步骤及方法

测定Kla的反应装置，加入适当浓度，如x mol/L（0.05~0.45mol/L）Na₂SO₃溶液，每升Na₂SO₃溶液加入1 ml 0.1mol/L硫酸铜溶液.。

在通风搅拌后开始计时（准确秒表）及间隔准确时间取样时，取样量略少于2.5/x,以便于取样为准。取样时注意，迅速取样10ml Na₂SO₃溶液加入0.05mol/L的I₂溶液25ml溶液中。吸管一定要尽可能的靠近碘液液面。然后用标准的0.1mol/LNa₂S₂O₃溶液进行滴定。