Clark elektrod

En schematisk representation av Clarks uppfinning från 1962, Oxygen Electrode

Clark -elektroden är en elektrod som mäter omgivande syrepartialtryck i en vätska med hjälp av en katalytisk platinayta enligt nettoreaktionen:

O2 + 4 e ^{- +}⁴ H ₊ → 2 _H2O

Det förbättras på en kal platinaelektrod genom att använda ett membran för att minska nedsmutsning och metallplätering på platina.

Historia

Leland Clark (professor i kemi, Antioch College , Yellow Springs, Ohio , och Fels Research Institute, Yellow Springs, Ohio) hade utvecklat den första bubbelsyresättaren för användning vid hjärtkirurgi. Men när han kom för att publicera sina resultat, nekades hans artikel av redaktören eftersom syrespänningen i blodet som kommer ut från enheten inte kunde mätas. Detta motiverade Clark att utveckla syreelektroden.

När elektroden implanteras in vivo kommer den att reducera syre och sålunda kräva omrörning för att upprätthålla en jämvikt med omgivningen. Severinghaus förbättrade designen genom att lägga till en omrörd kyvett i en termostat. En diskrepans mellan det uppmätta partialtrycket av syre (pO ₂ ) mellan blodprover och gasformiga blandningar av identisk pO ₂ innebar att den modifierade elektroden krävde kalibrering; följaktligen sattes en mikrotonometer till vattentermostaten.

Handlingsmekanism

Elektrodfacket är isolerat från reaktionskammaren med ett tunt teflonmembran ; membranet är permeabelt för molekylärt syre och tillåter denna gas att nå katoden, där den reduceras elektrolytiskt.

Ovanstående reaktion kräver en jämn ström av elektroner till katoden, vilket beror på den hastighet med vilken syre kan nå elektrodytan. Ökning av den applicerade spänningen (mellan Pt-elektroden och en andra Ag-elektrod) kommer att öka hastigheten för elektrokatalys. Clark fäste ett syrepermselektivt membran över Pt-elektroden. Detta begränsar diffusionshastigheten för syre till Pt-elektroden.

Över en viss spänning leder strömplatåerna och en ytterligare ökning av potentialen inte till en högre elektrokatalys av reaktionen. Vid denna tidpunkt är reaktionen diffusionsbegränsad och beror endast på membranets permeabilitetsegenskaper (vilket är idealiskt välkaraktärt, då elektroden är kalibrerad mot kända standardlösningar) och av syrgaskoncentrationen, som är den uppmätta kvantiteten.

Ansökningar

Clark syrgaselektroden lade grunden för den första glukosbiosensorn (i själva verket den första biosensorn av något slag), som uppfanns av Clark och Lyons 1962. Denna sensor använde en enda Clark syrgaselektrod kopplad till en motelektrod. Precis som med Clark-elektroden täcker ett permselektivt membran Pt-elektroden. Nu är emellertid membranet impregnerat med immobiliserat glukosoxidas (GOx). GOx kommer att förbruka en del av syret när det diffunderar mot PT-elektroden och införlivar det i H ₂ O ₂ och glukonsyra. Hastigheten på reaktionsströmmen begränsas av diffusionen av både glukos och syre. Denna diffusion kan väl karakteriseras för ett membran för både syre och glukos, och lämnar som den enda variabeln syre- och glukoskoncentrationerna på analytsidan av glukosmembranet, vilket är den kvantitet som mäts.

^ Clark jr, LC; Wolf, R; Granger, D; Taylor, Z (1953). "Kontinuerlig registrering av blodsyrespänningar genom polarografi". Journal of Applied Physiology . 6 (3): 189–93. doi : 10.1152/jappl.1953.6.3.189 . PMID 13096460 .
^ Severinghaus, JW; Astrup, PB (1986). "Historia om blodgasanalys. IV. Leland Clarks syreelektrod". Journal of Clinical Monitoring . 2 (2): 125–39. doi : 10.1007/BF01637680 . PMID 3519875 .
^ ^a ^b Wang, Joseph (2007). "Elektrokemiska glukosbiosensorer". Kemiska recensioner . 108 (2): 814–825. doi : 10.1021/cr068123a . PMID 18154363 .
^ KANWISHER, JOHN (1959). "Polarografisk syreelektrod" (PDF) . Limnologi och oceanografi . 4 (2): 210–217. Bibcode : 1959LimOc...4..210K . doi : 10.4319/lo.1959.4.2.0210 . Arkiverad från originalet (PDF) 2014-07-14 . Hämtad 2014-07-09 .
^ ^a ^b Severinghaus, J (2002). "Uppfinnandet och utvecklingen av apparater för blodgasanalys" . Anestesiologi . 97 (1): 253–6. doi : 10.1097/00000542-200207000-00031 . PMID 12131126 .
^ Clark, L.; Lyons, C. (1962). "ELEKTRODSYSTEM FÖR KONTINUERLIG ÖVERVAKNING VID HJÄRT-KIRURGI". Ann. NY Acad. Sci . 102 (29): 29–45. Bibcode : 1962NYASA.102...29C . doi : 10.1111/j.1749-6632.1962.tb13623.x . PMID 14021529 .
^ Wise, Donald L. (1991). Bioinstrumentering och biosensorer . sid. 233. ISBN 9780824783372 .

externa länkar

Sensorer av Clark-typ förklarade , The Gas Detector Encyclopedia, Edaphic Scientific Knowledge Base
Biosensorer och bioelektronik: Leland Clark
Clark Oxygen Electrode, föregångare till dagens moderna biosensorer - bruten länk

[1] Clark jr, LC; Wolf, R; Granger, D; Taylor, Z (1953). "Kontinuerlig registrering av blodsyrespänningar genom polarografi". Journal of Applied Physiology . 6 (3): 189–93. doi : 10.1152/jappl.1953.6.3.189 . PMID 13096460 .

[2] Severinghaus, JW; Astrup, PB (1986). "Historia om blodgasanalys. IV. Leland Clarks syreelektrod". Journal of Clinical Monitoring . 2 (2): 125–39. doi : 10.1007/BF01637680 . PMID 3519875 .

[Wang-3] Wang, Joseph (2007). "Elektrokemiska glukosbiosensorer". Kemiska recensioner . 108 (2): 814–825. doi : 10.1021/cr068123a . PMID 18154363 .

[4] KANWISHER, JOHN (1959). "Polarografisk syreelektrod" (PDF) . Limnologi och oceanografi . 4 (2): 210–217. Bibcode : 1959LimOc...4..210K . doi : 10.4319/lo.1959.4.2.0210 . Arkiverad från originalet (PDF) 2014-07-14 . Hämtad 2014-07-09 .

[Severinghaus-5] Severinghaus, J (2002). "Uppfinnandet och utvecklingen av apparater för blodgasanalys" . Anestesiologi . 97 (1): 253–6. doi : 10.1097/00000542-200207000-00031 . PMID 12131126 .

[clarklyons-6] Clark, L.; Lyons, C. (1962). "ELEKTRODSYSTEM FÖR KONTINUERLIG ÖVERVAKNING VID HJÄRT-KIRURGI". Ann. NY Acad. Sci . 102 (29): 29–45. Bibcode : 1962NYASA.102...29C . doi : 10.1111/j.1749-6632.1962.tb13623.x . PMID 14021529 .

[Wise-7] Wise, Donald L. (1991). Bioinstrumentering och biosensorer . sid. 233. ISBN 9780824783372 .