Elektroden für gelösten Sauerstoff

Die folgenden Sensortechnologien für gelösten Sauerstoff sind für Labor- und Feldanwendungen verfügbar:

a. Optische Elektrode für gelösten Sauerstoff (InLab OptiOx)

b. Polarografische Elektrode für gelösten Sauerstoff (InLab 605)

c. Galvanische Elektrode für gelösten Sauerstoff (LE621)

Eine optische O2-Elektrode verwendet einen speziellen Farbstoff, der in eine Membran an der Spitze des Sensors eingebettet ist (siehe Abbildung). Dieser Farbstoff kann durch die Absorption von blauem Licht angeregt werden, das vom Sensor selbst abgegeben wird. Wenn der angeregte Farbstoff in seinen Grundzustand zurückkehrt, fluoresziert er und gibt dabei rotes Licht ab, das von einem Photodetektor im Inneren des Sensors gemessen wird. Wenn Sauerstoffmoleküle an der Aussenfläche der Membran vorhanden sind, können diese die überschüssige Energie des angeregten Farbstoffs absorbieren. Dabei verringern (löschen) sie die Fluoreszenzintensität, die den Photodetektor erreicht. Je mehr Sauerstoff in einer Probe enthalten ist, desto grösser ist das Fluoreszenzquenching und desto geringer ist das gemessene Signal. Der Sensor enthält ausserdem eine rote Lichtquelle. Dieses Licht regt den Farbstoff nicht an und verursacht somit keine Fluoreszenz. Stattdessen wird es vom Farbstoff reflektiert und vom Photodetektor gemessen. Das rote Licht wird als Referenz verwendet, um eine Abnahme des erkannten Lichts zu berücksichtigen, die nicht mit der Sauerstofflöschung zusammenhängt, zum Beispiel durch den Zerfall des Farbstoffs oder die temperaturabhängige Empfindlichkeit des Detektors. Näheres hierzu erfahren Sie im folgenden Video.
 

Die Elektrode hat eine Silberanode, die von einer Edelmetallkathode aus Gold oder Platin umgeben ist. Diese Elektroden werden durch eine konstante Spannung polarisiert, die das Instrument liefert. Dadurch erhält die Anode eine positive und die Kathode eine negative Ladung. KCI ist der Elektrolyt. Dieser wird von einer Membran umschlossen, die ihn von der Probe trennt. Wenn Sauerstoff in die Elektrode eindringt, werden die Sauerstoffmoleküle an der Kathode reduziert und bilden Hydroxidionen. Da das Polarisationspotenzial konstant gehalten wird, erhöht die Sauerstoffreaktion das elektrische Signal. Dieser Effekt ist proportional zum Sauerstoffpartialdruck in der Probe. Die Elektrode nutzt eine chemische Reaktion, bei der die Silberanode oxidiert und verbraucht wird. Die Kathode dagegen ist aus Edelmetall und nimmt nicht an der Reaktion teil. Sie bietet stattdessen eine Oberfläche, auf der Sauerstoff durch Elektronen reduziert wird, die von der Anode durch den Draht transportiert werden.

Die Anode mit zwei Elektroden besteht in der Regel aus Zink oder Blei, während die Kathode in der Regel aus Silber oder einem anderen Edelmetall besteht. Die Elektroden sind über Drähte miteinander verbunden, sodass zwischen Ihnen Strom fliessen kann. Diese Komponenten werden von einem Schaft umschlossen, der durch eine Membran abgedichtet ist. Diese ist selektiv für Sauerstoff durchlässig (siehe Abbildung). Der Elektrolyt muss wässrig und basisch sein. Der Eintritt von Sauerstoff in die Elektrode führt zu einer chemischen Reaktion, bei der die Anode verbraucht und oxidiert wird (Elektronen abgibt).
Da die Kathode aus einem Edelstahl besteht, ist sie nicht Teil der Reaktion. Sie fungiert als Reaktionsfläche, auf der Sauerstoff reduziert wird. Die über den Draht von der Anode zur Kathode transportierten Elektronen erzeugen einen Strom, der mit dem Gelöstsauerstoff-Messgerät gemessen werden kann. Je mehr Sauerstoff in das System eindringt, desto mehr Strom wird erzeugt.
 

Somit benötigen galvanische Sensoren keine Aufwärmzeit und sind bei einem niedrigeren Gehalt an gelöstem Sauerstoff stabiler als polarografische Sensoren. Dagegen haben polarografische Sensoren eine längere Lebensdauer. Weitere Informationen zu den Funktionsprinzipen der einzelnen Sensoren finden Sie in den Antworten zu den Fragen 3 und 4 oben.

a. Elektrochemische Sensoren müssen auf Membranintegrität geprüft werden. Darüber hinaus muss sichergestellt werden, dass der Elektrolyt richtig aufgefüllt ist, wenn ein Nachfüllen des Elektrolyten vorgesehen ist.
b. Bei Verwendung eines polarografischen Sensors muss die korrekte Polarisation des Sensors gewährleistet sein.
c. Optische O2-Sensoren für das Labor erfordern vor der Verwendung keine Vorbereitung.

Für standardmässige Sauerstoffmessungen ist bei vielen Anwendungen eine 1-Punkt-Kalibrierung bei 100 % Sauerstoffsättigung (wassergesättigte Luft) ausreichend. Für die Messungen geringer Sauerstoffkonzentrationen (unter 10 % oder 0,8 mg/L) wird empfohlen, einen zweiten Kalibrierpunkt mit einer sauerstofffreien Standardlösung zu haben (entspricht 0 % Sauerstoffsättigung). Dazu werden Nullsauerstofftabletten in Wasser aufgelöst, um den gesamten darin enthaltenen gelösten Sauerstoff zu entfernen.

Bei elektrochemischen O2-Sensoren für den Laboreinsatz ist das Rühren notwendig, da die Sensoren beim Messen Sauerstoff verbrauchen. Das Rühren sollte mit konstanter Geschwindigkeit erfolgen. Dagegen ist bei optischen O2-Elektroden kein Rühren erforderlich, da sie keinen Sauerstoff verbrauchen. Um die Messdauer zu verkürzen, sollte die Sensorspitze vor Beginn der Messung in die Probe getaucht werden. Dadurch werden die Sauerstoffkonzentration und die Temperatur ins Gleichgewicht gebracht. Luftblasen an der Sensorspitze sind zu vermeiden. Andernfalls wird die Sauerstoffkonzentration der Luftblasen ebenfalls gemessen, was zu falschen Resultaten führt.  

• Allgemeine Tipps für die Lagerung:
  Nach einer Messung sollte der Sensor mit Wasser gereinigt und mit einem weichen Tuch abgewischt werden. Vor allem beim Messen biologischer Proben ist ein mikrobiologisches Wachstum unbedingt zu vermeiden. Für eine optimale Leistung sollte ein Sensor in einer sicheren Umgebung bei Temperaturen zwischen 5 und 45 °C gelagert werden. Schnelle Temperaturänderungen sind zu vermeiden.
  
  
• Galvanischer O2-Sensor für Laboranwendungen:
  Für eine kurzzeitige Aufbewahrung sollte der Sensor mit entionisiertem Wasser gespült und in einer Aufbewahrungslösung platziert werden. Zur längeren Aufbewahrung sollte der Sensor zudem kurzgeschlossen werden (um eine Verschlechterung durch kontinuierliche Selbstpolarisation zu verhindern) und an einem kühlen Ort gelagert werden.
  
  
• Polarografischer O2-Sensor für Laboranwendungen:
  Vermeiden Sie bei einer kurzzeitigen Aufbewahrung die Anforderung der 6-Stunden-Polarisation. Der Sensor kann mit dem Instrument verbunden bleiben. Zur längeren Aufbewahrung sollte der Sensor vom Gerät getrennt werden, da die kontinuierliche Polarisation seine Lebensdauer allmählich verkürzt. Sofern der Sensor mit Innenelektrolyt gefüllt ist und die Schutzkappe auf die Membran gesetzt wurde, kann der Sensor mehrere Monate gelagert werden. Wenn der Sensor nach mehr als drei Monaten Lagerung wieder verwendet werden soll, sollte der Elektrolyt allerdings ausgetauscht werden. Wenn eine Lagerung von mehr als sechs Monaten beabsichtigt ist, sollte der Elektrolyt entfernt werden.
  
  
• Optischer O2-Sensor für Laboranwendungen:
  Ein optischer Sensor sollte trocken gelagert werden. Bei Sensoren mit austauschbarem Membranmodul sollte dieses getauscht werden, sobald der Sensor Anzeichen von Leistungsminderung zeigt.

Die meisten Sensoren sind IP67-zertifiziert, sodass das gesamte mobile System feuchten und anspruchsvollen Umgebungen standhält.

Die meisten unserer O2-Sonden für das Labor verfügen über einen integrierten Temperaturfühler, der dabei hilft, die richtige Temperatur einer Probe zu messen.

Ja, er ist mit einem glasfaserverstärkten PPS-Schaft und einer durch ein Stahlnetz geschützten Messmembran ausgestattet, wodurch sich dieser Sensor bestens für anspruchsvolle Anwendungen eignet.

Der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) gibt an, wie viel Sauerstoff von Bakterien und anderen Mikroorganismen verbraucht wird, während diese organische Stoffe unter aeroben Bedingungen bei einer bestimmten Temperatur zersetzen. Der BSB ist ein wichtiger Parameter in Wasseraufbereitungsanlagen, da er den Grad der organischen Verschmutzung im Wasser angibt. Weitere Informationen erhalten Sie in unserem Leitfaden zu diesem Thema: Biochemischer Sauerstoffbedarf von der Theorie zur Praxis. Mit dem SevenExcellence-Messgerät für gelösten Sauerstoff können Sie innerhalb kürzester Zeit einen eigenen BSB-Bestimmungsprozess einrichten.

Ja, die InLab OptiOx ist für die Messung des BSB bestens ausgerüstet. Durch den speziellen OptiOx BSB-Adapter eignet sich der Sensor bestens für Messungen in allen handelsüblichen BSB-Kanistern.

Nein, dank des robusten Designs und des passenden Zubehörs eignet sich die InLab OptiOx bestens für verschiedene Anwendungen im Labor und im Freien. Der OptiOx Schutzaufsatz aus Stahl (siehe unten) schützt den Sensor in aggressiven Umgebungen. Da er sehr leicht ist, kann er problemlos auf niedrigere Messpunkte erweitert werden.