Wie ein optischer Sauerstoffsensor funktioniert

Wie ist es möglich, dass die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in Getränken mittels Licht bestimmt werden kann?

Wenige Bestandteile vermitteln viel Information

Ein optischer Sensor für Sauerstoff (O2) detektiert rasch und verlässlich Oin Flüssigkeiten oder Gasen. Im Allgemeinen wird die O2-Messung von Fremdgasen nicht beeinflusst. Ein optischer O2-Sensor besteht aus

  • einer Licht emittierenden Diode (LED),
  • einem inerten Träger für die lichtempfindliche Schicht, die aus einer Polymermatrix mit eingebetteten Farbstoffmolekülen besteht und von einer optischen Isolierschicht bedeckt ist,
  • und einer Photodiode mit Filter zur Messung des emittierten Lichts.

Was passiert mit oder ohne Sauerstoff?

Ist kein O2 in der Probe vorhanden, absorbiert der Farbstoff (F) das Anregungslicht der LED, steigt auf ein höheres Energieniveau und emittiert beim Absinken auf das ursprüngliche Niveau zeitverzögert Licht einer anderen Wellenlänge. Der Filter vor der Photodiode erfasst nur das emittierte Licht.

Ist O2 in der Probe vorhanden, so absorbiert zwar der Farbstoff das Anregungslicht, gibt jedoch im angerergten Zustand die Energie an O2-Moleküle ab. Somit ist weniger Emissionslicht verfügbar. Je mehr O2 in der Probe, desto weniger Licht gelangt zur Photodiode.

Die Sensorvorteile sprechen für sich:

  • Zerstörungsfrei: kein O2-Verbrauch während der Messung
  • Bedienerfreundlich: kein Elektrolyt, keine Polarisationszeit nötig
  • Umweltfreundlich: keine Chemikalien erforderlich

Good to know

Unterschiedliche Polymermatrizes und unterschiedliche Farbstoffe beeinflussen die Sensoreigenschaften, so etwa die Empfindlichkeit in gewissen Messbereichen.

Emittiertes Licht und Anregungslicht sind zeitlich verzögert. Diese Zeitverschiebung ist nicht von der Lichtintensität abhängig, sondern vom Sauerstoffpartialdruck. Sie dient als ein Maß für die O2-Konzentration.