クラーク電極

クラーク電極[ ^{1] [2]は、触媒}白金表面を用いて液体中の酸​​素分圧を次の反応式に従って測定する電極である。 ^[3]

O ₂ + 4 e ⁻ + 4 H ⁺ → 2 H ₂ O

膜を使用することで、プラチナへの汚れや金属めっきを減らすことで、裸のプラチナ電極を改良しました。^[4]

リーランド・クラーク（オハイオ州イエロースプリングスのアンティオキア大学およびオハイオ州イエロースプリングスのフェルス研究所の化学教授）は、心臓手術で使用する最初の気泡酸素化装置を開発しました。しかし、彼がその結果を発表しようとしたとき、装置から排出される血液の酸素圧を測定できないという理由で、彼の論文は編集者に拒否されました。これがクラークが酸素電極を開発する動機となりました。^[5]

電極は体内に埋め込まれると酸素を減少させるため、環境との平衡を保つために撹拌が必要となった。セヴァリングハウスは、撹拌キュベットをサーモスタットに追加することで設計を改良した。血液サンプルと、同じpO ₂のガス混合物との間で測定された酸素分圧（pO ₂ ）に食い違いがあったため、改良した電極は校正が必要となり、その結果、水サーモスタットにマイクロトノメーターが追加された。^[5]

電極室は薄いテフロン 膜によって反応室から隔離されています。この膜は分子状酸素を透過し、このガスが陰極に到達して電気分解で還元されるのを可能にします。

上記の反応には、カソードへの安定した電子の流れが必要ですが、これは酸素が電極表面に到達する速度に依存します。印加電圧 (Pt 電極と 2 番目の Ag 電極間) を高くすると、電気触媒の速度が上がります。Clark は、Pt 電極上に酸素透過選択膜を取り付けました。これにより、Pt 電極への酸素の拡散速度が制限されます。

特定の電圧を超えると、電流は安定し、電位をさらに上げても反応の電気触媒速度は上がりません。この時点で、反応は拡散制限されており、膜の透過特性（理想的には十分に特性評価されており、電極は既知の標準溶液に対して較正されています）と測定量である酸素ガス濃度のみに依存します。

クラーク酸素電極は、1962年にクラークとライオンズによって発明された最初のグルコースバイオセンサー（実際にはあらゆる種類の最初のバイオセンサー）の基礎を築きました。 ^[6] このセンサーは、対電極と結合した単一のクラーク酸素電極を使用しました。クラーク電極と同様に、選択透過性膜がPt電極を覆っています。ただし、現在では、膜には固定化グルコースオキシダーゼ（GOx）が含浸されています。^[7] GOxは、PT電極に向かって拡散するときに酸素の一部を消費し、それをH ₂ O ₂とグルコン酸に組み込みます。^[3]反応電流の速度は、グルコースと酸素の両方の拡散によって制限されます。この拡散は、酸素とグルコースの両方の膜について十分に特徴付けることができ、グルコース膜の分析対象側の酸素とグルコースの濃度だけが変数となり、これが測定対象量となります。

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