Az oldott oxigén-mérések alapelve

Az oldott oxigén koncentrációjának elektrokémiai méréséhez egy katódra, egy anódra, elektrolit-oldatra és egy gázáteresztő membránra van szükség. A membrán anyaga átengedi az oxigént. A katód az oxigén felhasználásával részleges nyomást hoz létre a membrán felületén. Ezután az oxigén az elektrolit oldatban diffundál, azaz „feloldódik". A módszer lényege az, hogy az oldott oxigén-mérőműszer valójában a vízben található oxigén nyomását méri. E módszerrel az oldott oxigén bármilyen közegben mérhető.

A polarográfos vagy Clark-cellás metódus

Dr. Clark az oxigén mérésére szolgáló cellát 1956-ban alkotta meg. Ez lényegében egy amperometriás cella, amelyet 800 mV körüli értéken polarizálnak. A Dr. Clark után elnevezett cellát általában egy Ag/AgCl és egy nemesfém (például arany, platina vagy palládium) félcella (azaz egy elektród) köré építik. Az oxigén redukciója 400 és 1200 mV között történik, ezért van szükség 800 mV-ra. Ezt egy külső áramforrás biztosítja. A használt elektrolit KCl vagy KBr.

Négy fontosabb probléma merül fel az ilyen oldott oxigén-mérésekkel kapcsolatban:

1. Az anód izolációja

Mivel a kémia reakció eredményeképpen AgCl keletkezik, idővel az az elektródra lerakódva bevonatot képez. Miután ez az anód teljes felületét befedte, nem történik meg a reakció, azaz nem működik a szonda. Ez a probléma az AgCl-lerakódás eltávolításával oldható meg, ami azonban igen időigényes folyamat.

2. Az elektrolit-oldat öregedése

A fenti reakció eredményeképpen keletkező OH-ionok megváltoztatják az elektrolit-oldat pH-értékét. Az eredetileg semleges oldat értéke a lúgos tartomány felé mozdul el. Ez okozza az oldat öregedését, aminek eredményeként idővel azt ki kell cserélni.

3. A klorid elfogyása

A reakció eredményeképpen Cl-ionok is keletkeznek. Ezek idővel elfogynak, ezért az elektrolit-oldatot ki kell cserélni.

4. A „bemelegítési" idő

A metódus legnagyobb hátránya a 800 mV feszültség biztosításához szükséges külső áramforrás szükségessége. Az áramforrás kikapcsolása vagy áramkimaradás esetén megszűnik a szonda áramellátása. A visszakapcsolás után várni kell, amíg megtörténik a szonda polarizálása, azaz stabilizálódik az áramhurok. Ez a „bemelegítés" megközelítőleg tíz percet vesz igénybe. Ennél rövidebb idő esetén a mért értékek a ténylegesnél magasabbak lesznek, azaz hibásak lesznek a mérések.

A galván cellás metódus

Az 1964-ben megalkotott és azóta már néhány változáson átesett galván cellás elv Macreth nevéhez fűződik. A galván szonda legfontosabb előnye a Clark-szondával szemben, hogy használata nem igényel külső áramforrást. Ehelyett eltérő fémekre van szükség. A két fém között elektrolit jelenlétében elektromotoros feszültség jön létre. Ennek nagysága már elég ahhoz, hogy hatására oxigén redukálódjon a katódnál. Ólom és arany vagy ólom és ezüst használata esetén a feszültségkülönbség megközelítőleg 800 mV.
A reakció eredményeképpen ZnO jön létre, ami viszonylag stabil és nem képez bevonatot az anód felszínén. Víz is keletkezik és nem csökken az elektrolit-oldat mennyisége, ez pedig elméletileg azt jelenti, hogy nem szükséges az elektrolit újratöltése.
A galván cella lényegében egy önpolarizáló amperometriás cella, aminek eredményeként a szonda mindig készen áll a használatra bármilyen bemelegítési idő nélkül. A használt elektrolit KCl vagy KBr.

Az oldott oxigén-mérések szempontjai