Clark-Elektrode

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Die Clark-Elektrode ist ein elektrochemischer Sensor zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in einer Lösung (oder auch in Gasen).

Aufbau

Die Clark-Elektrode^[1][2] besteht meist aus einer Platin-Kathode und einer Silber-Anode (Referenzelektrode), die über eine Elektrolytlösung in Verbindung stehen. Von der Probe sind sie durch eine sauerstoffdurchlässige Membran getrennt. An der Platin-Kathode liegt eine Polarisationsspannung von -0,8 V gegen die Silber-Anode an. Ab ca. 1,6 V kommt es zur Elektrolyse der Elektrolytlösung (weshalb die angelegte Spannung nicht in dieser Größenordnung liegen darf).

Bringt man nun an die Membran der Messkammer die zu untersuchende Lösung, z.B. eine arterielle Blutprobe zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdrucks, so führt der O₂-Partialdruckunterschied zwischen Membranaußen- und Innenseite zu einer O₂-Diffusion durch die Membranfolie in die Messkammer. Der Sauerstoff wird an der Kathode reduziert. D.h., die Kathode gibt Elektronen an den Sauerstoff ab, wobei Hydroxid-Ionen (OH⁻) entstehen. An der Anode wird Silber zu Silberchlorid oxidiert, daher auch meist Ag/AgCl-Elektrode.

Kathode: O₂ + 2 e⁻ + 2 H₂O → H₂O₂ + 2 OH⁻ und H₂O₂ + 2 e⁻ → 2 OH⁻

Anode: 4 Ag → 4 Ag⁺ + 4e⁻ und 4 Ag⁺ + 4Cl⁻ → 4 AgCl

Es ergibt sich somit ein Strom I, der dem Partialdruck p des Sauerstoffs O₂ direkt proportional ist.

p(O₂) ~ I

Die Sauerstofflöslichkeit und die Durchlässigkeit der Membran sind temperaturabhängig.

Anwendungen

Verbreitet ist die Anwendung zu meist in Blutgasanalysatoren auf Intensivstationen für beatmete Patienten oder als Klebeelektroden zur transcutanen (durch die Haut) Messung von Blutgasen (Sauerstoff, Kohlendioxid) vor allem bei Neugeborenen. Aber es gibt auch weitere Anwendungen z.B. in der Aquaristik zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Aquarium oder aber auch zur Überwachung von Oberflächenwässern, Überwachung von Abwässern Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs, in der Lebensmitteltechnologie, Analyse von Chlorgehalt in Wasser u.v.a.m.

Quellen

1. ↑ Clark LC, Wolf R, Granger D, Taylor Z (1953). Continuous recording of blood oxygen tensions by polarography. J Appl Physiol. 6, 189-193. PMID 13096460
2. ↑ Severinghaus JW, Astrup PB (1986). History of blood gas analysis. IV. Leland Clark's oxygen electrode. J Clin Monit. 2, 125-139. PMID 3519875