Amperometrie/Voltametrie

Clark-Sensor und elektrochemische HPLC-Detektion

Wie der Clark-Sensor gelösten Sauerstoff über einen Reduktionsstrom misst und wie ein amperometrischer Detektor oxidierbare Stoffe hinter einer HPLC-Säule erfasst.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze6 Punkte
  • Der Clark-Sensor ist ein amperometrischer Sauerstoffsensor, dessen Strom proportional zum gelösten \(\ce{O2}\) ist.
  • Er besteht aus einer sauerstoffdurchlässigen Membran, einer KCl-Innenlösung, einer Goldkathode und einer Silber-Opferanode, zwischen denen eine Spannung anliegt.
  • An der Kathode gilt \(\ce{O2 + 4e^- + 2H2O -> 4OH^-}\), an der Anode \(\ce{Ag + Cl^- -> AgCl + e^-}\), sodass sich \(\ce{AgCl}\) bildet.
  • Die Silberelektrode dient als Bezugselektrode und stellt das Potential der Arbeitselektrode ein.
  • Der amperometrische HPLC-Detektor misst die Oxidation der Analyten in einer Durchflusszelle, das Signal ist konzentrationsproportional.
  • Erfassbar sind elektrochemisch aktive Stoffe wie Thiole und Chinone; der Detektor wird auch in der Ionenchromatographie eingesetzt.

Dieses Kapitel ist für Supporter

Relaxed ins Stex ist ein kleines, unabhängiges Projekt. Mit einem Zugang unterstützt du uns und schaltest das ganze 1. Staatsexamen frei. ❤️

Zugang freischalten

Bitte bestätige zuerst deine E-Mail-Adresse

Wir haben dir einen Link geschickt. Erst mit bestätigter E-Mail-Adresse kannst du einen Zugang freischalten und nutzen.

Zum Konto

Worum es geht

Amperometrische Sensoren übersetzen eine Konzentration direkt in einen Strom. In der Pharmazie begegnen sie dir als Sauerstoffelektrode, als Glucose-Sensor und als empfindlicher Detektor in der HPLC.

Amperometrische Sensoren

Ein amperometrischer Sensor legt eine feste Spannung an und misst den fließenden Strom. Der Strom entsteht, weil der Analyt an einer Elektrode umgesetzt wird. Er ist proportional zur Konzentration des Analyten. Das Messprinzip kennst du aus der Monoamperometrie.

Der bekannteste Vertreter ist der Clark-Sensor für gelösten Sauerstoff. Kombiniert man ihn mit dem Enzym Glucoseoxidase, entsteht ein Glucose-Sensor. Das Enzym verbraucht Sauerstoff umso stärker, je mehr Glucose vorliegt.

Aufbau des Clark-Sensors

Der Clark-Sensor ist eine abgeschlossene Messzelle. An seiner Spitze sitzt eine sauerstoffdurchlässige Membran. Sie lässt gelösten \(\ce{O2}\) hindurch und hält störende Probenbestandteile zurück. Dahinter liegt eine Kaliumchlorid-Innenlösung als Elektrolyt.

In diese Lösung tauchen zwei Elektroden: eine Edelmetallkathode, etwa aus Gold, und eine ringförmige Silberanode. Zwischen Opferanode und Kathode liegt eine feste Spannung. Das Silber überzieht sich mit \(\ce{AgCl}\) und wirkt so wie eine Silber/Silberchlorid-Elektrode. Es dient als Bezugselektrode und stellt das Potential der Arbeitselektrode ein.

Schematischer Längsschnitt eines Clark-Sensors mit Membran, Goldkathode, Kaliumchlorid-Elektrolyt und Silberanode, verbunden über Spannungsquelle und Strommesser

Clark-Sensor: Sauerstoff diffundiert durch die Membran und wird an der Goldkathode reduziert, die Silberanode wird zu AgCl oxidiert.
📖 Definition: Opferanode

Eine Elektrode, die sich bei der Messung selbst verbraucht. Ihr Metall wird oxidiert und liefert die Elektronen, die an der Kathode für die Reduktion gebraucht werden.

Elektrodenreaktionen

Sauerstoff diffundiert durch die Membran zur Goldkathode. Dort wird er summarisch zu Hydroxid-Ionen reduziert:

\[\ce{O2 + 4e^- + 2H2O -> 4OH^-}\]

Die Elektronen stammen aus der Silberanode. Silber wird oxidiert und fällt mit den Chlorid-Ionen der Innenlösung als Silberchlorid aus:

\[\ce{Ag + Cl^- -> AgCl + e^-}\]

Im Betrieb wächst also eine \(\ce{AgCl}\)-Schicht auf der Anode, und das Silber wird langsam verbraucht. Je mehr Sauerstoff nachdiffundiert, desto größer ist der gemessene Strom.

Elektrochemischer HPLC-Detektor

Der amperometrische Detektor nutzt dasselbe Prinzip hinter einer Trennsäule. Das Eluat strömt durch eine Durchflusszelle mit Arbeits-, Bezugs- und Gegenelektrode. An der Arbeitselektrode liegt ein Potential, bei dem die Analyten oxidiert werden. Jeder durchströmende Analyt erzeugt einen Strompeak.

Schema einer Durchflusszelle mit drei Elektroden, durch die das Eluat strömt, daneben ein Chromatogramm mit Strompeak

Amperometrischer HPLC-Detektor: Oxidierbare Analyten erzeugen beim Durchströmen der Zelle einen Strompeak.

Die Signalhöhe ist proportional zur Analytkonzentration. Das Signal entsteht allein durch Elektronenübergang an der Elektrode. Anders als bei strahlungsbasierten Detektoren wird der Analyt also nicht durch Gammastrahlung ionisiert.

Erfassbar sind nur elektrochemisch aktive Stoffe:

  • Thiole, etwa Cystein oder Glutathion
  • Phenole und Catecholamine wie Adrenalin
  • Chinone, die meist reduktiv gemessen werden

Diese Selektivität macht den Detektor sehr empfindlich für solche Stoffklassen. Er ist auch in der Ionenchromatographie einsetzbar, etwa für Zucker an Goldelektroden.

Quiz

Teste dich mit 3 Karten
richtig oder falsch iWarum nur Aussagen? Fragen mit fünf Antworten löst man am sichersten, indem man jede Aussage einzeln bewertet: ✓✓ sicher richtig, ✓ eher richtig, 0 unsicher, ✗ eher falsch, ✗✗ sicher falsch. Mit dem Ausschlussprinzip ergibt sich daraus die Lösung. Dieses einzelne Bewerten ist der wichtigste Handgriff fürs Examen, und genau den übst du hier.

Aussage 1

Thiole wie Glutathion lassen sich nach HPLC-Trennung amperometrisch über ihre Oxidation an der Arbeitselektrode erfassen.

Thiole sind leicht oxidierbar und erzeugen in der Durchflusszelle einen konzentrationsproportionalen Strompeak.

Aussage 2

Die Silberelektrode des Clark-Sensors verändert sich im Betrieb nicht, weil sie nur das Potential vorgibt.

Silber ist eine Opferanode: Es wird zu \(\ce{AgCl}\) oxidiert und dabei verbraucht. Zugleich dient es als Bezugselektrode.

Aussage 3

An der Goldkathode des Clark-Sensors nimmt jedes \(\ce{O2}\)-Molekül vier Elektronen auf, und es entstehen Hydroxid-Ionen.

Die summarische Kathodenreaktion lautet \(\ce{O2 + 4e^- + 2H2O -> 4OH^-}\).

Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️

Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.

Zurück nach oben