DK151394B - Polarografisk oxygenelektrodeanordning af clark-type med pt-sort katalysator og membran til anvendelse i elektrodeanordningen - Google Patents
Polarografisk oxygenelektrodeanordning af clark-type med pt-sort katalysator og membran til anvendelse i elektrodeanordningen Download PDFInfo
- Publication number
- DK151394B DK151394B DK273885A DK273885A DK151394B DK 151394 B DK151394 B DK 151394B DK 273885 A DK273885 A DK 273885A DK 273885 A DK273885 A DK 273885A DK 151394 B DK151394 B DK 151394B
- Authority
- DK
- Denmark
- Prior art keywords
- electrode device
- oxygen
- membrane
- sub
- electrolyte
- Prior art date
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 77
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 9
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 29
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 15
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 13
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 10
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 8
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 102000016938 Catalase Human genes 0.000 description 5
- 108010053835 Catalase Proteins 0.000 description 5
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 5
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 5
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 4
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 3
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical compound FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- MGSRCZKZVOBKFT-UHFFFAOYSA-N thymol Chemical compound CC(C)C1=CC=C(C)C=C1O MGSRCZKZVOBKFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229920000298 Cellophane Polymers 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005844 Thymol Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006378 biaxially oriented polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011127 biaxially oriented polypropylene Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- YHHKGKCOLGRKKB-UHFFFAOYSA-N diphenylchlorarsine Chemical compound C=1C=CC=CC=1[As](Cl)C1=CC=CC=C1 YHHKGKCOLGRKKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002070 germicidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 239000005355 lead glass Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229960000790 thymol Drugs 0.000 description 1
- 238000007039 two-step reaction Methods 0.000 description 1
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Coin-Freed Apparatuses For Hiring Articles (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
i 151394
Opfindelsen angår en polarografisk oxygenelektrodean-ordning af CLARK-type udvisende en membrandækket og elektrolytdækket oxygenreducerende katodeflade.
Betegnelsen "polarografisk oxygenelektrodeanordning af 5 CLARK-type" dækker et velkendt begreb inden for måle-elektrodeteknologien. Denne elektrodeanordning er for første gang beskrevet af Clark ved et årsmøde afholdt af American Society for Artificial Internal Organs i 1956 og i US PS 2.913.386.og adskiller sig fra de indtil da kend-ΊΟ te polarografiske oxygenelektrodeanordninger ved, at en oxygenpermeabel membran separerer anoden og katoden fra målemediet, og at der mellem membranen og de aktive elektrodeflader er tilvejebragt en elektrolyt.
Der er siden CLARK1 s første omtale af denne elektrode 15 publiceret et uhyre stort antal patentskrifter og artikler. som omhandler CLARK-elektroden. forbedringer eller modifikationer heraf og anvendelse af sådanne elektroder.
1 korte træk er disse elektroder karakteriseret ved, 20 at de har en frontflade med en blotlagt oxygenreducerende katodeflade, en anode, en membran dækkende frontfladen med den blotlagte katodeflade, og et af membranen og frontfladen afgrænset elektrolytrum indeholdende en elektrolyt, som elektrolytiek forbinder 25 anoden og den blotlagte katodeflade.
Katoden er af et metal, som katalyserer katodisk reduktion af oxygen, og anoden er af et oxyderbart me tal. Egnede katodemetaller er ædelmetaller såsom platin og guld og et egnet anodemetal er sølv. Elektro-30 lytten er normalt en pH-stabiliseret chloridionholdig 2 151394 vandig oplåsning, men opløsningsmediet kan også være et organisk opløsningsmiddel såsom en glycol. Membranen er et folieformet plastmateriale med hensigtsmæssige oxygendiffusionsegenskaber, f.eks. polyethylen.
5 polypropylen, polytetrafluorethylen eller passende kombinationer heraf. Der etableres en potentialdifferens mellem katoden og anoden på ca. -0.6V, hvorved oxygen bliver reduceret ved katoden, hvilket giver anledning til en koncentrationsafhængig strøm (elektro-10 deresponset).
En oxygenelektrodeanordning af CLARK-typen er specielt anvendelig til måling på fysiologiske væsker som følge af, at den direkte kontakt mellem den oxygenreducerende katodeflade og prøven undgås. Herved undgås måle-15 fejl forårsaget af tilstedeværelse af andre stoffer, f.eks. proteiner, som kan give anledning til den såkaldte "forgiftning" af katoden.
Ved anvendelse af en elektrodeanordning af CLARK-type opstår imidlertid andre måletekniske problemer. Efter 20 en vis tids brug af elektroden vil elektroderesponset ved skift mellem prøver med forskellige oxygenniveauer få et langsomt indsvingsforløb (elektrodeanordningens tidskonstant bliver høj). Forårsaget af det langsomme indsvingsforløb vil elektrodeanordningen udvise hyste-25 rese ved visse anvendelser såsom i automatiske oxygen-• analysatorer, hvor elektroderesponset efter forholdsvis kort tid af størrelsesordenen 1-2 minutter anvendes til beregning af en ukendt prøves oxygenniveau.
3 151394
Hystereseeffekten bevirker, at for en given prøve vil måleresultatet afhænge af oxygenindholdet i forudgående prøver.
Det langsomme indsvingsforløb er således især uhel-5 digt, når elektrodeanordningen anvendes i automatisk analyseapparatur, hvor en meget høj analysefrekvens tilstræbes.
1 en notits i Proceedings of the Physiological Society, December 1969, 29P-30P, er beskrevet en pola- 10 rografisk oxygenelektrodeanordning af CLARK-typen, hvor disse effekter er forklaret ved H2C>2-ophob-ning i elektrolytten. For at eliminere effekterne foreslås det at opløse det H202-spaltende enzym ka-talase i elektrolytten. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 H2C>2—ophobningen i elektrolytten kan forklares 2 ved. at den katodiske reduktion af til li O sker 3 ved en totrinsreaktion, hvor H2C>2 er mellempro 4 dukt. Reaktionens andet trin, hvori mellemproduktet 5 H202 nedbrydes til H20. er i en ældet oxygen- 6 elektrodeanordning hæmmet. De to reaktionstrin er: 7 02 + 2H+ + 2e" H202 (1) 8 H202 + 2H+ + 2e” 2H20 (2) 9
Bruttoprocessen er 10 02 + 4H* + 4e~ 2H20 (3) 11
Idet hastighedskonstanten for (^-nedbrydningen 4 151394 ifølge trin (1) er høj, er hastigheden af trin (1) høj. Hastigheden af trin (2) bestemmes af hastighedskonstanten for H202 nedbrydningen, og denne hastighedskonstant synes meget lavere i en sidet elek-5 trodeanordning end i en ikke sidet elektrodeanordning. For den ældede elektrodeanordning vil trin (2) være hastighedsbestemmende for bruttoprocessen.
I en ikke-sldet oxygenelektrodeanordning. hvor trin (2) ikke er hæmmet, vil diffusionsforholdene fra prøve 10 til katode være hastighedsbestemmende for bruttoprocessen. I en sådan oxygenelektrodeanordning ses - som følge af den høje hastighedskonstant for trin (2) -ingen H202~ophobning.
Det langsomme forløb af trin (2) i en ældet oxygen-15 elektrodeanordning, bevirker, at i en sådan ældet oxygenelektrodeanordning, som befinder sig i steady-state tilstand med et konstant oxygenniveau i omgivelserne, vil den del af elektrolytten, som ligger nær ved katoden indeholde en vis mængde H202 (ligevsgtskoncen-20 trationen af H2C>2). Ligevægtskoncentrationen af H202 indstiller sig på en sådant niveau, at dannelseshastigheden for H O ifølge trin (1) og sum-men af nedbrydningshastigheden for H O ifølge trin (2) og den hastighed, hvormed H2C>2 diffunde-25 rer væk fra den del af elektrolytten, som ligger nær ved katoden og ud i den tilgrænsende elektrolyt, svarer til hinanden.
Som det ses. vil oxygenelektrodeanordningens respons være en strøm, som består af to komponenter: en kompo-30 nent. som skyldes oxygenreduktionen ifølge trin (1), og en komponent, som skyldes H202-reduktionen ifølge trin (2).
5 151394
Det vil på denne baggrund kunne forstås, at såfremt omgivelsernes oxygenniveau ændres. f. eks. ved at en pr ave med afvigende oxygenniveau bringes i kontakt med oxygenelektrodeanordningen. vil elektrodeanordningen 5 først afgive et stabilt respons (ligevægtestrøm), når den nye H202-Iigevægtskoncentration i elektrolytten er nået.
Det vil ligeledes kunne forstås, at en automatisk beregning af oxygenkoncentrationen på basis af elektro-10 destrømroen til et tidspunkt, hvor elektrodestrømmen afviger fra ligevægtsstrømmen, vil give resultater, som afviger fra de resultater, der opnås med en elektrodeanordning. der befinder sig i ligevægtstilstanden.
Ved at modificere elektrodeanordningen ved tilvejebrin-15 gelse af en katalysator for spaltning af H202 til H20+l/2 02, således at H202-koncentrationen holdes på eller neget nær ved O, bliver delprocesserne: 02 + 2H+ + 2 e" -» H202 (4) 3c3.*fc H2°2 "* »2° * 1/Z02 <5> 20 Bruttoprocessen er som ovenfor: 02 + 4H+ 4 4e~ 2H20 (6)
Eftersom trin (5) forløber hurtigt, vil der ikke ophobes H202 i elektrolytten, og diffusionsforholdene for oxygen fra prøve til katode vil være hastigheds-25 bestemmende for bruttoprocessen. Som følge heraf vil en sådan elektrodeanordning hurtigt efter en ændring i omgivelsernes oxygenniveau afgive et stabilt respons.
, 151394 6
Den ovenfor omtalte reduktion af H O -niveauet i elektrolytten ved katalase-tilsætning er ikke velegnet til forbedring af en oxygenelektrodeanordning. som anvendes ved rutinemæssige kliniske analyser, f. eks. i 5 de sikaldte blodgasanalysatorer. som er opstillet pi hospitaler i forbindelse med operationsafsnit eller pi centrallaboratorier.
For at en blodgasanalysator kan vinde accept hos brugerne, er det af største betydning, at vedligeholdel-10 sesarbejdet er beskedent og i det væsentlige baserer sig på brugsklare produkter, hvilket del6 reducerer tidsforbruget til vedligeholdelsesarbejdet, og dels reducerer risikoen for fejlanalyser forirsaget af. at en operatør har begiet fejl i forbindelse med vedlige-15 holdelsesarbejdet.
Ved den rutinemæssige vedligeholdelse af en i en blodgasanalysator anvendt CLARK-oxygenelektrodeanordning skiftes membran og elektrolyt ca. 1 gang om mineden.
En elektrolyt indeholdende katalase vil ikke kunne 20 fremstilles som et brugsklart produkt, idet katalasens aktivitetsfald i løbet af de lagertider, som mi anses for normale, vil være for stort.
Tilsætning af katalase til den friske elektrolyt pi brugsstedet umiddelbart inden elektrolytskift mi lige- 25. ledes anses for en løsning, som ikke vil vinde accept, idet hospitalspersonalet ikke er indstillet pi Belv at skulle foretage præparationsarbejde, sisom at fremstille reagenser eller andre væskeblandinger.
7 151394
Opfindelsens formål er derfor at tilvejebringe en forbedret CLARK-oxygenelektrodeanordning. som giver et reproducerbart og hurtigt respons uafhængigt af elektrodens alder og forhistorie, og eom samtidig er lige 5 så let at vedligeholde for brugerne som de hidtil kendte CLARK-oxygenelektrodeanordninger.
Dette opnås med elektrodeanordningen ifølge opfindelsen. som er ejendommelig ved, at der er tilvejebragt Pt-sort i et område nær elektrodeanordningens oxygen reducerende 10 katodeflade, idet Pt-sort katalyserer spaltningen af H2C2.
Soro det vil fremgå af figurerne og den tilhørende beskrivelse opnås de tilstræbte gode responsforhold roed elektrodeanordningen ifølge opfindelsen. Endvidere er det særdeles let at fremstille forpræparerede elektro-15 deanordninger ifølge opfindelsen eller forpræparerede komponenter til anvendelse i elektrodeanordningerne ifølge opfindelsen, og der konstateres ikke holdbar-hedsprobleroer i forbindelse med de forpræparerede elektrodeanordninger/komponenter.
20 Det bemærkes, at andre uorganiske katalysatorer for ^C^-nedbrydning ikke giver den ønskede effekt.
Der er gennemført forsøg med kolloidt sølv. brunsten og aktivt kul. og ingen af disse er anvendelige i forbindelse med CLARK-oxygenelektrodeanordninger. 1 2 3 4 5 6 i en foretrukket udførelsesform for opfindelsen anven 2 des partikelformigt Pt-sort, hvor de enkelte partik 3 lers største tværsnitsareal er væsentligt mindre end 4 arealet af den oxygenreducerende katodeflade. Spe 5 cielt foretrækkes det at det partikelformige Pt-sort i 6 alt væsentligt udgøres af partikler, for hvilke den største partikeldiameter for de enkelte partikler er mindre end 1 jim.
151394 8
Det partikelformige Pt-6ort er fortrinsvis lokaliseret p& en overflade i eller ved den foran den oxygenreducerende katodeflade beliggende del af elektrolytrummet. Ved at fiksere Pt-sort partiklerne til en over-5 flade, sikres at ^2°2 "spaltningen forløber det rigtige sted i forhold til katodefladen.
Pt-sort partiklerne kan være lokaliseret på membranen, på elektrodeanordningens frontflade omkring den aktive katodeflade eller på et element beliggende i elektro-10 lytrummet mellem elektrodeanordningens frontflade og membranen.
For at sikre effektiv ^Opspaltning i hele det afsnit af elektrolytrummet, som kommunikerer med katodefladen, foretrækkes det/ at 15 Pt-sort partiklerne er tilvejebragt i en sådan mængde og med en sådan placering, at H^O^-koncentrationen i alt væsentligt er O i den del af elektrolytten, som er beliggende i et afsnit af elektrolytrummet, som har den oxygenreducerende katodeflade som centrum, og som 20 ligger inden for en afstand af 100 x katodediameteren fra katodefladen.
I forbindelse med en oxygenelektrodeanordning ifølge opfindelsen med en Pt-katode med diameteren 20 pm, og hvor katalysatormembranen er en 20puri polypropy lenraem-25 ’ bran, som ligger i en afstand af højst ca. 5pun fra elektrodeanordningens frontflade ved den aktive katodeflade. foretrækkes det at Pt-sort partiklerne er tilvejebragt på membranen med en overfladetæthed på 1-6000 2 2 pg/cm , fortrinsvis 20-600 jag/cm .
9 151394
Pt-sort partiklerne kan ligge i direkte kontakt ned elektrolytten. Alternativt kan Pt-sort partiklerne inkorporeres i et materiale, der er gennemtrængeligt for H202 og vand. således at elektronledende kon-5 takt mellem Pt-sort partiklerne og katoden undgås.
Egnede materialer er celluloseacetat, polyvinylacetat og cellophan.
Opfindelsen angår også et membranelement til brug i en polarografis.k oxygenelektrodeanordning, hvilket mem-10 braneletnent omfatter et folieformet plastmateriale og er ejendommeligt ved, at der på et område af det folieformede plastmateriale er tilvejebragt Pt-sort partikler .
Et sådant membranelement kan fx fremstilles ved, at en 15 opslemning af Pt-sort partikler i en organisk væske påføres det folieformede plastmateriale, den organiske væske afdampes, plastmaterialet opvarmes til en temperatur over sin blødgøringstemperatur, og at Pt-sort partiklerne presses ind i det blødgjorte plastmateriale.
20
Eksempler på egnede opslemningsmidler er benzen og ethanol.
Også andre påføringsmetoder end den her nævnte skønnes at være anvendelige til fremstilling af membranelemen-25 tet ifølge opfindelsen. Eksempelvis kunne partiklerne påføres ved en trykningsproces eller klæbes på foliematerialet.
30 10 151394
Opfindelsen vil nu blive beskrevet nærmere i forbindelse med tegningen, hvor FI6. 1 og mere detaljeret FIG. 5 viser en udførelsesform for en polarografisk oxygenelektrodeanord-5 ning ifølge opfindelsen til in vitro måling af Po2 i en blodgasanalysator.
FIG. 2 viser et membranelement ifølge opfindelsen.
FIG. 3 viser indsvingsforløbet for hhv. en elektrodeanordning ifølge opfindelsen med Pt-sort og 10 samme elektrodeanordning uden Pt-sort. i det til fælde hvor en prøve med et lavt oxygenniveau bringes i kontakt med elektrodeanordningen.
FIG. 4 viser indsvingsforløbet for hhv. en elektrodeanordning ifølge opfindelsen med Pt-sort og 15 samme elektrodeanordning uden Pt-sort. i det til fælde hvor en prøve med et højt oxygenniveau bringes i kontakt med elektrodeanordningen.
FIG. 1 og FIG. 5 viser en elektrodeanordning 10 ifølge opfindelsen til måling af Po2 i blod. I et plasthus 12 20 cr tilvejebragt en platinkatode 14 i form af en i en blyglasstav 16 indsmeltet platintråd med diameteren 20yum. Platinkatoden 14 har en aktiv katodeflade 20, som er blotlagt ved elektrodeanordningens frontflade og i kontakt med en elektrolyt, som befinder sig i et af en 25 cxygenpermeabel membran 24 og elektrodeanordningens frontflade afgrænset elektrolytrum 22. Elektrolytrummet har en udvidet del 26 beliggende tilbagetrukket i forhold til elektrolytrummet 22. En anode 18 i form 11 151394 af en chloreret selvbelægning kontakter elektrolytten i elektrolytrummets udvidede del 26. på membranen 24 er der i et område 42 ud for den aktive katodeflade 20 påført Pt-sort partikler med en partikelstørrelse pS 5 mindre end 1 pm som vist mere detaljeret på FIG. 2.
Membranen 24 fastholdes af en O-ring 30. Elektrolytten er en vandig opløsning med sammensætningen: 191 mmol KH_PO., 298 mmol Na.HPO., 2H90, 139 mmol KC1, 0,26 mmol AgCl samt thymol som germicid. I måle-10 situationen er elektroden påtrykt en polarisations-spænding på -630 mV, og elektroderesponset udtages via en afledningsanordning 34. Elektrodeanordningen er anbragt i en målecelle 36 af den type, som er beskrevet i beskrivelsen til US patent nr. 4160714 og via 15 afledningsanordningen 34 forbundet med elektronisk udstyr 32. 1 udstyret 32 forstærkes elektrodesignalet, hvorefter det A/D konverteres og benyttes til beregning af oxygenpartialtrykket, som udlæses på displayet 38. Et yderligere display 40 viser digitalt den strøm, der genereres af elektrodeanordningen.
20 FIG. 2 viser mere detaljeret membranen eller membranelementet 7. Membranelementet 7 har form af et cirkulært stykke af biaxialt orienteret polypropylenfolie med tykkelsen 20 um. Diameteren af membranelementet 25 er 13 mm, og den prøvekontaktende del af membranelementet 7 har en diameter på ca. 5 mm og er beliggende centralt. På membranelementets centrale del, som svarer til området 11, er indpresset Pt-sort partikler.
- 2
Arealet af området 11 er 7 mm .
3° Pt-sort partiklerne er partikler, som er fremstillet ved formaling af kommercielt tilgængeligt Pt-sort af typen FLUKA nr. 81110. Det kommercielt tilgængelige Pt-sort har en variabel kornstørrelse omkring 5 jim.
12 151394
Ved fremstillingen af det formalede Pt-sort afvejes 1 g, som opslemmes i benzen i en koncentration på ca.
20 mg/ml. Opslemningen overføres til et bægerglas fyldt med småkugler af glas. og omrøres på en 5 magnetomrører af sædvanlig laboratorietype i et døgn.
Herved fås særdeles finfordelt Pt-sort (støv) med forholdsvis ensartet partikelstørrelsesfordeling, og med en middelpartikeldiameter <0.5 pm.
Pt-sort støvet lader sig let suspendere i opslemnings-10 midlet.
Ved fremstillingen af membranelementet ifølge opfindelsen udtages 10 pi af suspensionen med en Carls-berg-pipette. og overføres til det cirkulære polypropylens tykke. Efter ca. 5 minutters henstand er sus-15 pensionsmidlet fuldstændigt fordampet, og polypropy-lenstykket med Pt-sort støves dækkes forsigtigt med et stykke TEFLON-folie, hvis smeltetemperatur overstiger o 175 C. Sandwich1en bestående af polypropylenstyk- ke, Pt-sort støv og TEFLON-foliestykke placeres i en 2 20 presse, som udøver et pressetryk på ca. 300 kg/cm 6 2 o (29,4 x 10 N/m ) og er opvarmet til ca. 130 C.
Efter 10 minutters presning afbrydes opvarmningen, og man lader pressen henstå, til systemet igen har nået stuetemperatur.
25 Herefter kan TEFLON-membranen let fjernes, og Pt-sort støvet vil klæbe fuldstændig fast til polypropylenmem-branen.
F16. 3 viser en sammenligning af indsvingsforløbet for en ældet oxygenelektrodeanordning ifølge opfindelsen 13 151394 med et nenbcanelement fremstillet som beskrevet i forbindelse med omtalen af F1G. 2 09 indsvingsforløbet for samme elektrodeanordning med et polypropylenmem-branelement af traditionel type.
5 Indsvingsforløbene blev bestemt ved et eksperiment, hvor elektrodeanordningen var monteret i en opstilling af den på Fig. 1 viste type til måling af oxygenpar-tialtryk på gasprøver. I opstillingen blev der hvert 6. minut ledt en atmosfærisk luft mættet med vanddamp.
10 det vil sige med et oxygenpartialtryk på 145 mm Hg (19,3 kPa), gennem apparatets målecelle forbi oxygen-elektrodeanordningen.
Efter at oxygenelektrodeanordningen havde været monteret i måleopstillingen i ca. 3 døgn. blev en prøve med 15 sammensætningen 95% argon. 5% C02, det vil sige med et oxygenpartialtryk på O, ledt gennem målecellen. Elektrodeanordningens respons i digitaliseret form blev opsamlet hvert 2. sekund og omsat til mm Hg på basis af kalibreringsdata ved 145 mm Hg. På basis af 20 de således opsamlede responsdata er de to indsvingskurver på FIG. 3 optegnet.
Det ses klart, at efter 90 sekunder svarer elektrode-strømmen for en traditionel elektrodeanordning til et oxygenpartialtryk på ca. 9 mm Hg (kurve A), medens elektrode-25 strømmen for en elektrodeanordning ifølge opfindelsen allerede efter 45 sekunder har nået en stabil værdi svarende til 2 mm Hg (kurve B). Det ses således, at indsvinget for elektrodeanordningen ifølge opfindelsen væsentligt hurtigere når sit stabile niveau end indsvinget for 30 den traditionelle elektrodeanordning.
14 151394
Ud fra indledningsvis givne teoretiske betragtninger omkring indsvingsforløbet, er det klart, at responskurven for den traditionelle ældede oxygenelektrodean-ordning vil ligge over responskurven for elektrodean-5 ordningen ifølge opfindelsen, når oxygenniveauet i prøven er lavere end det oxygenniveau, hvorved elektrodeanordningen har stabiliseret sig. Dette skyldes, at Højniveauet i elektrolytten under indsvingsforløbet vil ligge over det forventede og dermed give 10 et højere responsbidrag end det forventede.
Indsvingsforløbets hastighed udtrykkes normalt ved elektrodeanordningens tidskonstant, som for en ik-ke-ældet traditionel oxygenelektrodeanordning er ca. 5 sekunder. Samme værdi findes for elektrodeanordninger 15 ifølge opfindelsen. Ældede traditionelle oxygenelek-trodeanordninger har en lille tidekonstant i den første del af indsvingsforløbet og en høj tidskonstant i den sidste del af indsvingsforløbet.
Ved målinger på prøver med et oxygenniveau, der er 20 lavere end det oxygenniveau, hvorved elektrodeanordningen har stabiliseret eig (145 mm Hg), er tidskonstanten i den sidste del af indsvingeforløbet for ældede traditionelle oxygenelektrodeanordninger eksperimentelt fundet til mere end 15 sek..
25 pg basis af indsvingskurverne vurderes det, at analysetiden kan nedsættes til mindre end det halve i et analyseapparat, hvori elektrodeanordningen ifølge opfindelsen erstatter den traditionelle.
15 151394 FIG. 4 viser ligeledes en sammenligning af indsvings-forløbet for en ældet oxygenelektrodeanordning ifølge opfindelsen med et membranelement fremstillet som beskrevet i forbindelse med omtalen af FIG. 2 (kurve D) og ind-5 svingsforløbet for 6amme elektrodeanordning med et po-lypropylenmembranelement af traditionel type (kurve C) .
Med den ene undtagelse, at der anvendtes en prøve med et højt oxygenniveau (80% O . 5% CO . 15% N ) i » » w stedet for en prøve med oxygenniveauet O, udførtes det 10 eksperimentelle arbejde, der førte til optegnelsen af FIG. 4 på samme måde som beskrevet i forbindelse med FIG. 3.
I dette tilfælde ses som forventet et lavere oxygenindhold med den traditionelle elektrodeanordning end 15 med elektrodeanordningen ifølge opfindelsen.
Claims (9)
1. Polarografisk oxygenelektrodeanordning af·Clark-type omfattende en frontflade med en blotlagt oxygenreducerende katodeflade, en anode, en membran dækkende front-5 fladen med den blotlagte katodeflade, og et af membranen og frontfladen afgrænset elektrolytrum indeholdende en elektrolyt, som elektrolytisk forbinder anoden og den blotlagte katodeflade, kendetegnet ved, at der er tilvejebragt Pt-sort i et område nær den blotlagte kato-10 deflade.
2 Polarografisk oxygenelektrodeanordning ifølge krav 1, kendetegnet ved. at Pt-sort ligger i 15 direkte kontakt med elektrolytten.
3. Polarografisk oxygenelektrodeanordning ifølge krav 1, kendetegnet ved. at Pt-sort er inkorporeret i et materiale, der er gennemtrænge-20 ligt for H202 og vand.
4. Polarografisk oxygenelektrodeanordning ifølge et hvilket 3om helst af kravene 1-3, kendetegnet ved. at der anvendes partikelformigt Pt-6ort, hvor de enkelte partik-25 lers største tværsnitsareal er væsentligt mindre end arealet af den oxygenreducerende katodeflade. 151394
5. Polarografisk oxygenelektrodeanordning ifølge et hvilket soir. helst af kravene 1-4, kendetegnet ved.at det partikelfor-mige Pt-sort udgøres af 5 partikler, hvor de enkelte partikler har en største partikeldiameter på < 1 pm.
6. Polarografisk oxygenelektrodeanordning ifølge krav 5, kendetegnet ved, at det partikelfor-10 mige Pt-sort er lokaliseret på en overflade i el ler ved den foran den oxygenreducerende katodeflade beliggende del af elektrolytrummet.
7. Polarografisk oxygenelektrodeanordning ifølge krav 6, 15 kendetegnet ved. at overfladen udgø res af en del af membranens mod elektrolytrummet vendende overflade.
8· Polarografisk oxygenelektrodeanordning ifølge krav 20 kendetegnet ved. at Pt-sort partik lerne er tilvejebragt på overfladen med en over- 2 fladetæthed på 1-6000 pg/cm . fortrinsvis 2 20-600 pg/cm .
9. Membranelement til brug i en polarografisk oxygenelektrodeanordning ifølge et hvilket som helst af kravene 1-8, hvilket membranelenent omfatter et folieformet plastmateriale, kendetegnet ved. at der på et område af det folieformede plastmateriale er tilvejebragt Pt-sort partikler.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK273885A DK151394C (da) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | Polarografisk oxygenelektrodeanordning af clark-type med pt-sort katalysator og membran til anvendelse i elektrodeanordningen |
| EP86108303A EP0212126B1 (en) | 1985-06-18 | 1986-06-18 | Polarographic measuring electrode device |
| AT86108303T ATE81205T1 (de) | 1985-06-18 | 1986-06-18 | Polarographische elektrodenmessvorrichtung. |
| DE8686108303T DE3686855T2 (de) | 1985-06-18 | 1986-06-18 | Polarographische elektrodenmessvorrichtung. |
| JP61143974A JPH07104317B2 (ja) | 1985-06-18 | 1986-06-18 | 酸素分圧測定電極デバイス |
| US07/106,959 US4780192A (en) | 1985-06-18 | 1987-10-14 | Polarographic measuring electrode device |
| US07/213,243 US4874501A (en) | 1985-06-18 | 1988-06-29 | Membrane for an electrochemical measuring electrode device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK273885A DK151394C (da) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | Polarografisk oxygenelektrodeanordning af clark-type med pt-sort katalysator og membran til anvendelse i elektrodeanordningen |
| DK273885 | 1985-06-18 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DK273885D0 DK273885D0 (da) | 1985-06-18 |
| DK273885A DK273885A (da) | 1986-12-19 |
| DK151394B true DK151394B (da) | 1987-11-30 |
| DK151394C DK151394C (da) | 1988-05-16 |
Family
ID=8115256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DK273885A DK151394C (da) | 1985-06-18 | 1985-06-18 | Polarografisk oxygenelektrodeanordning af clark-type med pt-sort katalysator og membran til anvendelse i elektrodeanordningen |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4780192A (da) |
| EP (1) | EP0212126B1 (da) |
| JP (1) | JPH07104317B2 (da) |
| AT (1) | ATE81205T1 (da) |
| DE (1) | DE3686855T2 (da) |
| DK (1) | DK151394C (da) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5364510A (en) * | 1993-02-12 | 1994-11-15 | Sematech, Inc. | Scheme for bath chemistry measurement and control for improved semiconductor wet processing |
| US5439569A (en) * | 1993-02-12 | 1995-08-08 | Sematech, Inc. | Concentration measurement and control of hydrogen peroxide and acid/base component in a semiconductor bath |
| DE69631489T2 (de) * | 1995-11-22 | 2004-07-01 | Unisense Aps | Microsensor und verwendung eines solchen microsensors |
| AUPO855897A0 (en) * | 1997-08-13 | 1997-09-04 | Usf Filtration And Separations Group Inc. | Automatic analysing apparatus II |
| US6878251B2 (en) * | 1998-03-12 | 2005-04-12 | Lifescan, Inc. | Heated electrochemical cell |
| US6475360B1 (en) | 1998-03-12 | 2002-11-05 | Lifescan, Inc. | Heated electrochemical cell |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4051006A (en) * | 1976-03-22 | 1977-09-27 | Beckman Instruments, Inc. | Portable electrochemical cell structure |
| US4073698A (en) * | 1976-06-04 | 1978-02-14 | Energetics Science, Inc. | Method and device for the detection and measurement of carbon monoxide in the presence of hydrogen |
| US4201634A (en) * | 1978-06-16 | 1980-05-06 | Energetics Science, Inc. | Method for the detection of hydrazine |
| US4290431A (en) * | 1979-06-21 | 1981-09-22 | Novametrix Medical Systems, Inc. | Transcutaneous oxygen and local perfusion measurement |
| DE2930074C2 (de) * | 1979-07-25 | 1983-11-17 | Fresenius AG, 6380 Bad Homburg | Meßvorrichtung für die Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes in Flüssigkeiten und Gasen |
| DE2936142C2 (de) * | 1979-09-07 | 1984-04-12 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur Herstellung einer Doppelschicht-Meßelektrode für eine elektrochemische Zelle |
| US4326927A (en) * | 1980-07-25 | 1982-04-27 | Becton, Dickinson And Company | Method and device for the detection and measurement of electrochemically active compounds |
| JPS5746154A (en) * | 1980-09-05 | 1982-03-16 | Toyota Motor Corp | Detecting method for concentration of oxygen |
| DE3033796A1 (de) * | 1980-09-09 | 1982-04-22 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Elektrochemischer sensor zum nachweis reduzierender gase, insbesondere von kohlenmonoxid, hydrazin und wasserstoff in luft |
| SE421100B (sv) * | 1981-01-14 | 1981-11-23 | Holmsund Golv Ab | Sett for framstellning av en elektriskt ledande kontinuerlig plastmatta |
| JPS593345A (ja) * | 1982-06-30 | 1984-01-10 | Hitachi Ltd | 妨害成分除去用電極を装備した溶存酸素計 |
-
1985
- 1985-06-18 DK DK273885A patent/DK151394C/da not_active IP Right Cessation
-
1986
- 1986-06-18 AT AT86108303T patent/ATE81205T1/de not_active IP Right Cessation
- 1986-06-18 DE DE8686108303T patent/DE3686855T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-06-18 EP EP86108303A patent/EP0212126B1/en not_active Expired
- 1986-06-18 JP JP61143974A patent/JPH07104317B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-10-14 US US07/106,959 patent/US4780192A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-06-29 US US07/213,243 patent/US4874501A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3686855T2 (de) | 1993-02-25 |
| JPH07104317B2 (ja) | 1995-11-13 |
| EP0212126A3 (en) | 1989-02-22 |
| DK273885A (da) | 1986-12-19 |
| DE3686855D1 (de) | 1992-11-05 |
| EP0212126A2 (en) | 1987-03-04 |
| US4780192A (en) | 1988-10-25 |
| ATE81205T1 (de) | 1992-10-15 |
| DK151394C (da) | 1988-05-16 |
| DK273885D0 (da) | 1985-06-18 |
| US4874501A (en) | 1989-10-17 |
| JPS6254154A (ja) | 1987-03-09 |
| EP0212126B1 (en) | 1992-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4415666A (en) | Enzyme electrode membrane | |
| DK169882B1 (da) | Føler af enzymelektrodetypen samt fremgangsmåde til bestemmelse af en analyt i en prøve | |
| US4418148A (en) | Multilayer enzyme electrode membrane | |
| EP0086108B1 (en) | Method of measuring lactic acid in a liquid | |
| CA2045616C (en) | Enzyme electrochemical sensor electrode and method of making it | |
| US4655880A (en) | Apparatus and method for sensing species, substances and substrates using oxidase | |
| JP2838484B2 (ja) | ガス測定用バイオセンサー及びその製造方法 | |
| US4517291A (en) | Biological detection process using polymer-coated electrodes | |
| JP3950174B2 (ja) | グルコースセンサー | |
| US5746898A (en) | Electrochemical-enzymatic sensor | |
| Keedy et al. | Determination of urate in undiluted whole blood by enzyme electrode | |
| Suzuki et al. | Micromachined Clark oxygen electrode | |
| EP0025110A2 (en) | Electrochemical measuring apparatus provided with an enzyme electrode | |
| JPS6026978B2 (ja) | ポーラログラフ分析法 | |
| DK151394B (da) | Polarografisk oxygenelektrodeanordning af clark-type med pt-sort katalysator og membran til anvendelse i elektrodeanordningen | |
| DK174989B1 (da) | Enzymelektrode og fremgangsmåde til assay | |
| Santoni et al. | Enzyme electrode for glucose determination in whole blood | |
| JPH04326054A (ja) | グルコースセンサ | |
| JPS585642A (ja) | 酵素電極 | |
| Mascini et al. | Glucose biosensor with extended linearity | |
| EP0078990A1 (en) | Enzyme electrode membrane wherein enzyme is protectively encapsulated and method of making same | |
| JPH0344653B2 (da) | ||
| Bergman | Amperometric oxygen sensors: problems with cathodes and anodes of metals other than silver | |
| JP2001208722A (ja) | 限界電流式ガスセンサ | |
| JP2021131304A (ja) | 水素センサ及び水素利用装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUP | Patent expired |