Clarkova kyslíková sonda
Cílem tohoto webu je poskytnou základní"nevědecké"poznatky o měření s Clarkovou kyslíkovou sondou, sdělit čtenáři různé vychytávky a praktické rady. Poskytnout stručné, přehledné informace o elektrodách zvláště kyslíkových. Text je psán laicky, nezaujatě spíše s praktyckými znalostmi než elektrochemickými.
__________________________________________________
__________________________________________________
Vlastní zkušenosti:
Mým úkolem v laboratoři bylo měřit spotřebu kyslíku Clarkovou kyslíkovou sondou a seznámit se s metodikou měření. Používal jsem měřící systém skládající se ze skleněné komůrky, Clarkovy kyslíkové sondy v polyetylenovém pouzdře, převodníku napětí, dataloggeru a počítače, který mi zachycoval data a v patřičném softwaru upravoval na aktuální hodnoty kyslíku. Systém to byl velmi archajický, ale dalo se tam měnit spoustu atributů a vylepšovat signál sondy. Vlastní
měření pomocí kyslíkové elektrody probíhalo ve skleněné měřící komůrce o objemu 3,6 ml. Ta byla umístěna v plášti, jímž protékala voda o teplotě 37ºC, která byla ohřívána průtokovým termostatem (Techne TE-10D Tempunit, Cambridge). Na dně komůrky bylo umístěno míchadélko, které bylo poháněno elektromagnetickou míchačkou. Roztoky se přidávaly do komůrky otvorem zkrz zabroušený uzavírací skleněný kohout.
A) kyslíková sonda
B) vnější skleněný plášť komůrky
C) připojení k průtokovému termostatu
D) elektromagnetická míchačkaE) vnitřní komůrka s míchadélkem
Naměřený signál z elektrody v podobě el.proudu (mA) byl zachycen I/U převodníkem napětí. Jedná se o elektrický obvod umožňující převod výstupního proudu sondy na napětí (mV).
Převodník obsahuje několik regulačních prvků. Třemi potenciometry (A) lze měnit referenční rozkladné napětí na elektrodě (v rozmezí 0 až-1200 mV), intenzitu výstupního signálu a nastavení offsetu signálu. Intenzitu výstupního signálu lze také regulovat pomocí hrubého zesílení na potenciometru (B) ve střední části panelu. Převodník je propojen přes koaxiální kabel (E) s dataloggerem a se sondou (D). Je napájen přes 9V adaptér z el.sítě (C). Hodnota referenčního napětí elektrody byla zvolena po proměření polarografické křivky na -0,700 mV. Tato hodnota je různá pro každý typ elektrody a pokud máte takový systém jako jsem měl já k dyspozici, budete odkázáni sami na sebe si ji změřit. Další nevýhodou bylo, že pokud šáhnete na tento převodník napětí rukou nabitou statickou elektřinou, pravděpodobně systém už nerozdýcháte a můžete jít klidně domů. Proto při práci s jakýmkoliv el.systémem je důležité se předem uzemnit. Já jsem to dělal, tak že jsem vždy šmátnul rukou na uzemňovací kolík el.zásuvky :)
Signál z I/U převodníku byl poslán do dataloggeru. Toto registrační zařízení 8-bitově digitalizovalo signál z elektrody na číselné hodnoty (tzv.county), které byly pak posílány do počítače a následně zpracovány v datové matici programu DIAdemTM 8.00. A pak začínala ta mrzutá a zdlouhavá práce si hrát na kočku a myš a pokusit se převést county na jednotku umol či nmol/O2. Ze začátku mě to trvalo tak 3,5 hod, ale pak už jsem se trochu vytrénoval a zlepšil čas tak na půl hodiny.
________________________________________________________________________________________________________
Kalibrace:
Před měřením je nutné vždy systém (měřící aparaturu) nakalibrovat. Řada nových kyslíkových sond ( třeba OXYGRAPH od ANTON PAAR) není nutno nijak zvláště složitě kalibrovat. Většinou to za vás udělá technika sama. Stačí jen udat hodnotu kalibrace na vzduchu jako 100% a nulovou hodnotou se nezabývat. Různé systémy mají různé styly kalibrací. V mém případě jsem se setkal s tím nejstarším. Vlastní kalibrace se prováděla těsně před a po vlastním měření. Z hodnot dvoubodové kalibrace byl sestrojen graf časového průběhu a s pomocí programu MS Excel byly určeny rovnice lineárních regresí proložených těmito body.
S pomocí těchto rovnic, znalostí časové závislosti hodnot měření a znalostí hodnot kalibrace pro nulové a maximální koncentrace kyslíku byly hodnoty v countech přepočítány do jednotek vyjadřující koncentraci kyslíku v μmol/l. Při kalibraci vycházíme z předpokladu, že nasycená voda vzduchem při teplotě 37ºC obsahuje 0,217 μmol O2/ml. Víme-li jaký je obsah kyslíku, odvozený z teploty a objemu, můžeme přesně určit kolik bylo spotřebováno kyslíku. Ke stanovení nulové koncentrace kyslíku byla použita destilovaná voda, která byla intenzivně probublávána plynným N2 po dobu 30 minut. Tento způsob se jevil jako zcela postačující. Ke stanovení maximální koncentrace kyslíku byla použita destilovaná voda, která byla intenzivně probublávána vzduchem po dobu cca 30 minut pomocí akvarijní vzduchovací pumpy (Elite A-799).
Tato metoda ve srovnání s použitím pouze plyného vzduchu sice neposkytuje tak vysoké hodnoty, ale je u ní zaručena konstantní dodávka kyslíku (vzduchu) k sondě, což se projevuje lineárním průběhem signálu sondy. Do komůrky se přidala voda nasycená plynným N2 nebo vzduchem, po 2 až 3 minutách se výstupní napětí ustálilo na nové hodnotě. Takto určené hodnoty byly použity pro dvoubodovou kalibraci.
Praktické rady:
Každá prkotina může mít velký vliv na vaši kvalitu měření a signál sondy. Pouhé otáčení míchadélka v komůrce dělá divy. Záleží hodně s jakou rychlostí se točí a jestli se v komůrce nějak nepravidelně "divně" nevrtočí. Ovlivňuje to docela zásadně šum výstupního signálu sondy. Dále je třeba před vlastním měření nechat celý systém tzv.aklimatizovat. Tj.zapnout ho do el.sítě, patřičně vytemperovat na správnou teplotu a to dostatečně dlouho před vlastním měření. Mám dobré zkušenosti s tím, že jsem vždy prováděl tyto kroky cca 0,5-1 hod.před vlastním měřením.
Dále pokud máte takovou elektrodu co jsem měl já (o tom pochybuji) tak je dobré čas od času vyměnit novou membránu. Důležité je jak ji nasadíte, s jakou razancí a precizností. Pod čerstvě nasazenou membránou nesmí být žádné vzduchové bubliny, membrána by měla být hladká bez "vrásek " . Používají se různé materiály o různé tlouštce. Mojí membránou byl PE svačinový sáček. Zajišťoval dobrou propustnost plynů. Není nijak třeba používat special membrány (komerční a drahé), které mají téměř stejné vlastnosti jako PE sáček.
Důležité je také po skončení měření ponechat elektrodu ve vodném roztoku aby nevyschla membrána. Nejlepší je ji ponechat v dest.vodě probublané plynným dusíkem.
______________________________________________________________________________________________________
Další podrobnosti si přečtěte v odkazech na začátku stránky. Snažím se tam popsat vše s použitím dostupné literatury.
______________________________________________________________________________________________________
Web design Aleš Mikulka
Aktualizováno: 6.1..2006
