The Development Of A Solid-State, 5 mS Dissolved Oxygen Sensor

The d e v e l o p m e n t o f a. p a . t e n t e d , s o l i d s t a . t e d i s s o l v e d o x y g e n s e n s o r i s d e s c r i b e d . T e s t s u n d e r v a . r i o u s c o n d i t i o n s o f t e m p e r a t u r e , f l o w a.nd p r e s s u r e ha.ve s h o w n t h e s u i t a , b i l i t y o f t h e s e n s o r f o r u s e i n f r e s h w a . t e r a n d 0cea.n c o n d i t i o n s . The u n i t ha.s a. r e s p o n s e t ime of l e s s ; t h a n 10 m i l l i s e c o n d s t o l a . r g e o x y g e n c h a n g e s ( i n u n s t i r r e d c o n d i t i o n s w h e r e a. s : ~ . g n i f i c a . n t b o u n d a r y l a . y e r e x i s t s ) . When i m m e r s e d i n a. w e l l s t i r r e d e n v i r o n m e n t (a.ncl t h e b o u n d a . r y 1 a . y e r i s c o r r e s p o n d i n g l y small), r e s p o n s e t i m e s o f l e s s tha .n 4 m i l l i s e c o n d s 1la.ve b e e n o b t a i n e d , ma.king i t compa. ra .b le i n s p e e d t o t h e c o n d u c t i v i t y , s e n s o r s u s e d i n 0cea .n C T D s . The d e v i c e ’ s p e r f o r m a , n c e c o n t r a . s t s m o s t f a . v o r a . b l y w i t h e x i s t i n g c o m m e r c i a . 1 d i s s o l v e d o x y g e n d e v i c e s , w h i c h ha.ve t i m e c o n s t a , n t s o f t h e order o f I 5 s e c o n d s o r l o n g e r . A s e c o n d g e n e r a . t i o n s e n s o r ,, s p c c i f i c a . l l y t a . i l o r e d f o r o c e a n a , p p l i c a . t i o n s i s d e s c r i b e d . T h i c k f i l m a.nd h y b r i d c i r c u i t t e c h n i q u e s a . re e m p l o y e d i n i t s f a , b r i c a , t i o n . F i e l d ds . ta . a . r e p r e s e n t e d . t e m p e r a. t u r e a.n ci d e p t 11 I N T R O D U C T I O N O x y g e n i s t h e m o s t i m p o r t a . n t d i s s o l v e d g a s f o r a l l f o r m s o f l i f e i n w a t e r . M e a , s u r e m e n t o f d i s s o l v e d o x y g e n ( D O ) i n a.n a . q u e o u s medium i s s i g n i f i c a . n t i n medica.] . , b i o 1 o g i ca. 1, e n v i r o n m e n t a l a.nd o c e a . n o g r a p h i c s e t t i n g s . D e t e r m i n a t i o n o f o x y g e n ‘ c o n t e n t on a c o n t i n u o u s b a s i s h8.s u s u a . l l y b e e n d o n e u s i n g p o l a r o g r a . p h i c or g a , l v a . n i c m e t h o d s ( 1 , 2 ) . T h e i n t r o d u c t i o n o f a. m e m b r a n e t y p e s e n s o r i m p r o v e d t h e u s e f u l n e s s o f t h e t e c h n i q u e , when compa. red t o t h e i o d o m e t r i c t i t r a . t i o n ( W i n k l e r ) m e t h o d , w h i c h wa.s p i o n e e r e d a c e n t u r y a g o ; b u t t o d a t e , p o l a . r o g r a p h i c s e n s o : r s a . re s l o w t o r e s p o n d , a . re m a . i n t e n a , n c e i n t e n s i v e , p r o n e t o d r i f t , a.nd a r e t e m p e r a . t u r e a.nd p r e s s u r e s e n s i t i v e . The p o l a , r o g r a . p h i c t e c h n i q u e u s e s two n o b l e meta .1 e l e c t r o d e s , i m m e r s e d i n a.n e l e c t r o l y t e . The e l e c t r o l y t e i s p r e v e n t e d from d i s p e r s i n g i n t o t h e s u r r o u n d i n g medium b y m e a n s o f a. membra.ne w h i c h r e t a i n s i t , w h i l e a , l l o w i n g o x y g e n t o d i f f u s e i n t o t h e e l e c t r o l y t e from t h e e x t e r i o r . Be c a.us e o f t h e c o n s t r a i n t s o f t h e p o l a . r o g r a . p h i c m e t h o d , m o s t s e n s o r s a r e b u l k y (>IO0 c c ) , slow t o r e s p o n d ( > I 5 s e c o n d s ) , p r o n e t o d r i f t ( b e c a u s e o f e l e c t r o l y t e d e p l e t i o n ) , a.nd d i f f i c u l t t o c a l i b r a . t e . By c o n t r a . s t , t h e s o l i d s t a , t e D O s e n s o r i s s m a l l ( < 2 c c ) , v e r y f a . s t (CO. 01 s e c o n d s ) , s t a . b l e ( c o n s u m e s n o c h e m i c a . l s , s o d o e s n o t d r i f t ) , a n d i s r e p l a , c e a b l e i n t h e f i e l d . C H E M I C A L CONSIDERATIONS Work d o n e a . t C a s e W e s t e r n R e s e r v e U n i v e r s i t y i n O h i o u s i n g t h i c k f i l m m e t a . l i z a t i o n t e c h n i q u e s (3, 4 ) , t o g e t h e r w i t h r e s e a . r c h a.t t h e U n i v e r s i t i e s o f W e s t e r n A u s t r a . l i a . ( 5 ) a n d R h o d e I s l a . n d ( 6 ) p o i n t e d t o m e t h o d s t o o v e r c o m e t h e i n h e r e n t dra .wba.cks o f C l a . r k t y p e D O s e n s o r s .