B-590.38.034                          [2020-10] Gelöster Sauerstoff in Getränken – amperometrisch, Clark-Elektrode

In jeder Flüssigkeit ist mehr oder weniger Sauerstoff gelöst. Jede Flüssigkeit nimmt soviel Sauerstoff auf, bis der Sauerstoffpartialdruck in der Flüssigkeit und der mit ihr im Kontakt stehenden Luft bzw. Gasphase im Gleichgewicht ist. Die Sauerstoffkonzentration hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, wie Temperatur, Luftdruck.

Wasser enthält bei 20 °C und einem Luftdruck von 1013 mbar im gesättigten Zustand etwa 9 mg/l,in Ethanol können es 40 mg/l Sauerstoff sein.

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Aufgabenstellung/Zweck

Bestimmung der Konzentration an gelöstem Sauerstoff durch elektrochemische Sauerstoffsensoren mit membranbedeckten Elektroden

Anwendungsbereich

Geeignet zur Messung in Bier, Würze, Biermischgetränken, Trink-Wasser, karbonisierten und nicht karbonisierten Getränken. Diese Methode kann zur Messung hoher Konzentrationen von gelöstem Sauerstoff (in Würze 10 bis 50 mg/l) oder zum Nachweis niedriger Sauerstoffkonzentrationen (0,01 bis 1,0 mg/l. in Bier) verwendet werden.

Störungen können durch Verbindungen wie Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff, Chlor und Formaldehyd verursacht werden. Die Wirkungen dieser Verbindungen variieren bei verschiedenen Sensoren. Eine allgemein gültige Regel kann gegeben werden.

Prinzip

Die Bestimmung der Konzentration des Sauerstoffgehalts amperometrisch (Stromfluss) mittels Elektroden. Die Clark-Elektrode besteht aus Kathode und Anode, die über einen flüssigen Elektrolyten (KCI/KOH-Lösung) miteinander leitend verbunden sind. Dabei werden Edelmetalle wie Platin oder Gold für die Kathode gewählt und Silber für die Anode. Die gasdurchlässige Membran trennt das Elektrodenpaar von der Messlösung. Der Sauerstoff diffundiert durch die Membran in die Messzelle und wird an der Kathodenoberfläche unter Bildung von Hydroxidionen reduziert.

Reaktion an der Kathode:

O2 + 4e– + 2 H2O

→ 4 OH

Reaktion an der Anode:

4 Ag+ + 4 Cl

→ 4 AgCI + 4e

Aus diesen chemischen Reaktionen resultiert ein Strom, der proportional zum Sauerstoffpartialdruck  ist. Die Sauerstoffelektrode verbraucht laufend Sauerstoff, der aus der Messlösung herausgelöst wird. Nach dem Gesetz von Henry kann unter Beachtung des Sauerstofflöslichkeitskoeffizienten im Medium die Sauerstoffkonzentration bestimmt werden [1].     

Mittels des gemessenen Stroms und der Temperatur wird die Sauerstoffkonzentration berechnet.

Elektroden mit Schutzringelektrode zeichnen sich durch eine verkürzte Ansprechzeit aus (Hach Lange).

Elektroden mit saurem Elektrolyten (Hamilton) zeigen eine bessere Stabilität bei Messungen in karbonisierten Medien.

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