Гальванический кислородный датчик содержит анод из свинца, катод из золотой пленки, раствор кислоты (или щелочи), служащий электролитом, и тефлоновую мембрану. Молекулы кислорода, прошедшие через мембрану, вступают в электрохимическую реакцию с раствором электролита на поверхности катода. В результате реакции на аноде образуется оксид свинца (РbО), который хорошо растворяется в кислотной и щелочной среде. Количество растворенного оксида свинца пропорционально концентрации кислорода в пробе. Срок службы датчика зависит от степени растворимости оксида свинца в электролите, т.к. способность электролита растворять его ограничена. Это и определяет постепенное снижение потенциала анода. Современные датчики содержат многокомпонентный кислотный электролит, значительно продлевающий срок его службы.
Для компенсации зависимости электродвижущей силы датчика от температуры обычно предусматривается специальный термистор, размещенный внутри корпуса датчика.
Величина тока датчика линейно пропорциональна парциальному давлению кислорода в измеряемой газовой смеси, контактирующей с мембраной. Для компенсации постепенного снижения потенциала анода в приборе должен предусматриваться режим калибровки датчика, например, по атмосферному воздуху и 100% кислороду.
Время реакции датчика обратно пропорционально продолжительности его эксплуатации. Так, например, датчик КЕ25 фирмы Figaro (Япония) имеет время реакции 12 сек и срок службы 5 лет. Для датчика КЕ50 этой же фирмы срок службы увеличивается до 10 лет, но скорость реакции возрастает до 60 сек.
Лучшие современные гальванические кислородные датчики имеют время реакции около 0.1 сек, что позволяет использовать их для получения оксиграммы. Такие датчики могут успешно конкурировать с сенсорами, работающими на парамагнитном принципе.
Полярографический кислородный датчик
Классическим примером полярографической измерительной ячейки может служить широко применяемый на практике кислородный электрод Кларка.
Для работы ячейки необходим источник поляризующего потенциала. В результате электрохимической реакции у катода образуются гидроксильные ионы и свободные электроны, протекающие через измерительную цепь.
Выходной ток электрохимической ячейки при фиксированном поляризующем потенциале пропорционален концентрации кислорода в электролите и, соответственно, в анализируемой среде.
До недавнего времени кривая концентрации кислорода (оксиграмма) при дыхании могла быть получена только с помощью парамагнитных датчиков в боковом потоке. Появление гальванических кислородных датчиков с высоким быстродействием сделало возможным получение оксиграммы в боковом и в главном потоке.
Включение датчика в дыхательный контур аппарата ИВЛ в главном потоке производится через специальное окно, где он закрепляется, а мембрана датчика получает контакт с исследуемой газовой средой. Датчики, используемые для этих целей, имеют миниатюрные размеры и вес около 50 гр. Мембрана датчика имеет контакт с газовой смесью, которой дышит пациент, поэтому она всегда одноразовая.
Достоинства метода:
• высокое быстродействие. Недостатки метода:
• наличие одноразовых расходных элементов (мембрана и переходник),
• уязвимость датчика, т.к. он легко может быть поврежден при неосторожном обращении с дыхательным контуром, или при перемещении аппарата ИВЛ.
При измерении в боковом потоке кислородный датчик включается обычно последовательно с модулем капнометрии. Проба проходит поочередно через измерительную систему капнографа и затем через гальванический оксиметрический датчик, аналогично технологии с парамагнитным датчиком. Датчик кислорода может быть интегрирован в осушитель пробы газа, в этом случае он становится съемным. Такое решение предложила шведская фирма Artema.
Достоинством метода исследования концентрации 02 в боковом потоке является отсутствие дополнительных соединений монитора с пациентом, т.к. используется уже существующая капнометрическая магистраль отбора пробы.
Недостаток метода — наличие задержки на прохождение пробы газа через соединительные магистрали. Однако величина задержки невелика и не превышает 5 сек., что вполне приемлемо для практического применения такого датчика.
В модуле капнометрии — оксиметрии фирмы «Тритон-ЭлектроникС» используется быстродействующий гальванический датчик кислорода, позволяющий измерять парциальное давление кислорода на вдохе Fi02, выдохе FET02 и градиент между вдохом и выдохом (Л02= Fi02- FET02). Время реакции сенсора составляет 0,13 секунды.
Среднее время службы датчика 1.5-2 года. Датчик легко заменяется. Модуль имеет режим автоматической самокалибровки, компенсирующей снижение потенциала анода. При деградации параметров кислородного сенсора ниже установленного предела, модуль выдает сообщение о необходимости замены.
