Die Stern-Volmer-Gleichung

Es besteht eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration in einer Probe und der Lumineszenzintensität sowie der Lumineszenzlebensdauer, die in der Stern-Volmer-Gleichung (1) beschrieben wird. Dabei sind τ₀ and τ die Lumineszenzabklingzeiten in der Abwesenheit und Gegenwart von Sauerstoff (l₀ und l sind die entsprechenden Lumineszenzintensitäten), [O₂] die Sauerstoffkonzentration und K_SV die Gesamtlöschkonstante
l: Lumineszenzintensität in Gegenwart von Sauerstoff
l₀: Lumineszenzintensität in Abwesenheit von Sauerstoff
τ: Lumineszenzabklingzeit in Gegenwart von Sauerstoff
τ₀: Lumineszenzabklingzeit in Abwesenheit von Sauerstoff
K_SV: Stern-Volmer Konstante (quantifiziert die Löscheffizienz und damit die Empfindlichkeit des Sensors)
[O₂]: Sauerstoffkonzentration

(A) Lumineszenzabnahme in Gegenwart von Sauerstoff.
(B) Stern-Volmer Diagramm.

Indikatorfarbstoffe, die durch Sauerstoff abgeschwächt werden, sind beispielsweise polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe, Übergangsmetallkomplexe von Ru(II), Os(II), und Rh(II) und phosphoreszierende Porphyrine, die Pt(II) oder Pd(II) als Zentralatom enthalten.

Es ist wichtig zu erwähnen, dass der Löscheffekt hochspezifisch für molekularen Sauerstoff ist. Auswirkungen von unterschiedlichen pH-Werten, Ionenarten und anderen gelösten Stoffen in der Probe werden durch Einbetten des sauerstoffempfindlichen Indikators in eine ionenundurchlässige Matrix vermieden.

Im Gegensatz zu den amperometrischen Sauerstoffelektroden befinden sich Optoden in einem thermodynamischen Gleichgewicht und nicht in einem stationären Zustand. Daher wird während der Messung kein Sauerstoff verbraucht und das Signal ist unabhängig von Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit. Die Kalibrierfunktion von Sauerstoffoptoden hängt nur von der Zusammensetzung der Sensorschicht ab. So ist es möglich, Sensoren mit einer maßgeschneiderten Sauerstoffempfindlichkeit zu entwickeln.