Электрод Кларка

Электрод Кларка ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} представляет собой электрод , который измеряет парциальное давление окружающего кислорода в жидкости с использованием каталитической платиновой поверхности в соответствии с суммарной реакцией: ^{[ 3 ]}

2 ₊ 4 и ⁻ + 4 часа ⁺ → 2 Н ₂ О

Он превосходит голый платиновый электрод за счет использования мембраны для уменьшения загрязнения и металлического налета на платине. ^{[ 4 ]}

История

Леланд Кларк (профессор химии Антиохийского колледжа , Йеллоу-Спрингс, Огайо и Научно-исследовательского института Фелса, Йеллоу-Спрингс, Огайо) разработал первый пузырьковый оксигенатор для использования в кардиохирургии. Однако, когда он пришел опубликовать свои результаты, редактор отклонил его статью, поскольку напряжение кислорода в крови, выходящей из прибора, невозможно было измерить. Это побудило Кларка разработать кислородный электрод. ^{[ 5 ]}

Электрод, имплантированный in vivo, будет уменьшать содержание кислорода и, следовательно, требует перемешивания для поддержания равновесия с окружающей средой. Северингхаус усовершенствовал конструкцию, добавив в термостат кювету с перемешиванием. Расхождение между измеренными парциальными давлениями кислорода (pO ₂ ) между образцами крови и газовыми смесями с идентичным pO ₂ означало, что модифицированный электрод требовал калибровки; следовательно, микротонометр . к водяному термостату был добавлен ^{[ 5 ]}

Механизм действия

Электродный отсек изолирован от реакционной камеры тонкой тефлоновой мембраной ; мембрана проницаема для молекулярного кислорода и позволяет этому газу достигать катода, где он электролитически восстанавливается.

Вышеупомянутая реакция требует постоянного потока электронов к катоду, который зависит от скорости, с которой кислород может достигать поверхности электрода. Увеличение приложенного напряжения (между Pt-электродом и вторым Ag-электродом) увеличит скорость электрокатализа. Кларк прикрепил мембрану, селективную для кислорода, поверх платинового электрода. Это ограничивает скорость диффузии кислорода к платиновому электроду.

Выше определенного напряжения ток выходит на плато, и дальнейшее увеличение потенциала не приводит к увеличению скорости электрокатализа реакции. В этот момент реакция ограничена диффузией и зависит только от проницаемости мембраны (которая идеально хорошо охарактеризована, электрод калибруется по известным стандартным растворам) и концентрации газообразного кислорода, которая является измеряемой величиной.

Приложения

Кислородный электрод Кларка заложил основу для первого биосенсора глюкозы (фактически первого биосенсора любого типа), изобретенного Кларком и Лайонсом в 1962 году. ^{[ 6 ]} В этом датчике использовался одиночный кислородный электрод Кларка, соединенный с противоэлектродом. Как и в случае с электродом Кларка, платиновый электрод покрыт селективной мембраной. Однако теперь мембрана пропитана иммобилизованной глюкозооксидазой (GOx). ^{[ 7 ]} GOx будет потреблять часть кислорода по мере его диффундирования к электроду PT, объединяя его с H ₂ O ₂ и глюконовой кислотой. ^{[ 3 ]} Скорость тока реакции ограничена диффузией как глюкозы, так и кислорода. Эту диффузию можно хорошо охарактеризовать для мембраны как для кислорода, так и для глюкозы, оставляя в качестве единственной переменной концентрации кислорода и глюкозы на стороне аналита глюкозной мембраны, что и является измеряемой величиной.

Ссылки

^ Кларк-младший, LC; Вольф, Р; Грейнджер, Д; Тейлор, З. (1953). «Непрерывная регистрация напряжения кислорода в крови с помощью полярографии». Журнал прикладной физиологии . 6 (3): 189–93. дои : 10.1152/яп.1953.6.3.189 . ПМИД 13096460 .
^ Северингхаус, JW; Аструп, П.Б. (1986). «История анализа газов крови. IV. Кислородный электрод Леланда Кларка». Журнал клинического мониторинга . 2 (2): 125–39. дои : 10.1007/BF01637680 . ПМИД 3519875 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Ван, Джозеф (2007). «Электрохимические биосенсоры глюкозы». Химические обзоры . 108 (2): 814–825. дои : 10.1021/cr068123a . ПМИД 18154363 .
^ КАНВИШЕР, ДЖОН (1959). «Полярографический кислородный электрод» (PDF) . Лимнология и океанография . 4 (2): 210–217. Бибкод : 1959LimOc...4..210K . дои : 10.4319/lo.1959.4.2.0210 . Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2014 г. Проверено 9 июля 2014 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Северингхаус, Дж (2002). «Изобретение и разработка аппарата для анализа газов крови» . Анестезиология . 97 (1): 253–6. дои : 10.1097/00000542-200207000-00031 . ПМИД 12131126 .
^ Кларк, Л.; Лайонс, К. (1962). «ЭЛЕКТРОДНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ХИРУРГИИ». Энн. Н-Й акад. Наука . 102 (29): 29–45. Бибкод : 1962NYASA.102...29C . дои : 10.1111/j.1749-6632.1962.tb13623.x . ПМИД 14021529 .
^ Уайз, Дональд Л. (1991). Биоинструментарий и биосенсоры . п. 233. ИСБН 9780824783372 .

Внешние ссылки

Объяснение датчиков типа Кларка , Энциклопедия газоанализаторов, Эдафическая научная база знаний
Биосенсоры и биоэлектроника: Леланд Кларк
Кислородный электрод Кларка, предшественник современных биосенсоров - неработающая ссылка

[1] Кларк-младший, LC; Вольф, Р; Грейнджер, Д; Тейлор, З. (1953). «Непрерывная регистрация напряжения кислорода в крови с помощью полярографии». Журнал прикладной физиологии . 6 (3): 189–93. дои : 10.1152/яп.1953.6.3.189 . ПМИД 13096460 .

[2] Северингхаус, JW; Аструп, П.Б. (1986). «История анализа газов крови. IV. Кислородный электрод Леланда Кларка». Журнал клинического мониторинга . 2 (2): 125–39. дои : 10.1007/BF01637680 . ПМИД 3519875 .

[Wang-3] Перейти обратно: ^а ^б Ван, Джозеф (2007). «Электрохимические биосенсоры глюкозы». Химические обзоры . 108 (2): 814–825. дои : 10.1021/cr068123a . ПМИД 18154363 .

[4] КАНВИШЕР, ДЖОН (1959). «Полярографический кислородный электрод» (PDF) . Лимнология и океанография . 4 (2): 210–217. Бибкод : 1959LimOc...4..210K . дои : 10.4319/lo.1959.4.2.0210 . Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2014 г. Проверено 9 июля 2014 г.

[Severinghaus-5] Перейти обратно: ^а ^б Северингхаус, Дж (2002). «Изобретение и разработка аппарата для анализа газов крови» . Анестезиология . 97 (1): 253–6. дои : 10.1097/00000542-200207000-00031 . ПМИД 12131126 .

[clarklyons-6] Кларк, Л.; Лайонс, К. (1962). «ЭЛЕКТРОДНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ХИРУРГИИ». Энн. Н-Й акад. Наука . 102 (29): 29–45. Бибкод : 1962NYASA.102...29C . дои : 10.1111/j.1749-6632.1962.tb13623.x . ПМИД 14021529 .

[Wise-7] Уайз, Дональд Л. (1991). Биоинструментарий и биосенсоры . п. 233. ИСБН 9780824783372 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]