線粒體呼吸測定儀即為傳統意義上的液相氧電極，氧電極是為測定水中微量溶解氧含量而設計的一種極譜電極，除了測定線粒體呼吸還具有更為廣泛的用途。早在二十世紀三十年代就有人用裸露的銀-鉑電極研究藻類的光合作用。自從五十年代薄膜氧電極問世以來，又大大擴展了它的套用範圍。由於它具有靈敏度高、反應快、可以連續測量、記錄，能夠追蹤反應的動態變化過程等優點，因而在葉綠體及線粒體懸浮液的光合放氧和呼吸耗氧的研究上，在對某些耗氧或放氧的酶促反應的研究上，都得到了廣泛的套用。人們利用這種技術測定溶液中葉碎塊或游離葉細胞的光合放氧和呼吸速率，進一步改進反應室，方便的測定氣體中氧氣的變化動態，現已發展成為一種簡便快速的測定氧氣變化的常規技術。
氧電極可以用來研究植物葉片及綠色部位的光合作用，植物、動物組織、器官以及微生物的呼吸速率以及呼吸途徑，線粒體的I態、II態、III態、IV態呼吸，呼吸控制率，P/O，離體葉綠體完整度，RuBP加氧酶活性，植物組織中H2O2酶活性，多酚氧化酶活性，植物組織中脂肪酸氧化酶活性等。
基本介紹
- 中文名：線粒體呼吸測定儀
基本構造,基本原理,分類,參數舉例,套用領域,主要功能,主要技術指標,
基本構造
薄膜氧電極最早由L.C.Clark研製（1953），故亦稱Clark氧電極。氧電極實際上是一個電化學電池，由鑲嵌在絕緣材料上的銀極和鉑極構成。銀極為陽極，一般製成圓環狀，作為參比電極，銀極的面積要儘可能大一些，以降低電機表面電流密度，減少陽極的極化現象，使其電機電位不受外加電壓的影響。鉑極為陰極，一般製成圓點狀，位於銀極的中央，電解反應即發生在鉑極上。
在電極的表面用15~20μm的聚乙烯或聚四氟乙烯薄膜覆蓋，在電極與薄膜之間充以氯化鉀溶液作為電解質。由於水中溶解氧能透過薄膜而電解質不能透過，因而排除了被測溶液中各種離子電解反應的干擾，成為測定溶解氧的專用性電極。
基本原理
當在氧電極兩極間施加電壓並超過O2的分解電壓（約為-0.2V）時，透過薄膜進入氯化鉀溶液的溶解氧便在鉑陰極上還原：
O2+2H2+4e= 4OH
銀陽極上則發生銀的氧化反應：
4Ag+4Cl= 4AgCl+4e
此時電極間產生電解電流。由於氧在陰極被還原，而使陰極表面氧的濃度降低，於是被測溶液中的溶解氧便向陰極擴散補充，使還原過程得以繼續進行，又由於電極反應的速度極快，而氧分子的擴散速度則較慢，所以電解電流的大小受氧的擴散速度的限制。這種受氧擴散速度限制的電解電流叫做擴散電流。在溶液靜止、溫度恆定的情況下，擴散電流受被測溶液與電極表面O2的濃度差控制。隨著外加電壓的加大，電極表面O2濃度必然減小，被測溶液與電極表面O2的濃度差加大，擴散電流也隨之增大。但當外加的極化電壓達到一定值時，陰極表面氧的還原速率大大超過O2向陰極的擴散速率，使陰極表面O2的濃度趨近於零，於是擴散電流的大小完全取決於被測溶液中的氧的濃度（對於薄膜氧電極而言，也就是緊靠膜外側的O2濃度）。此時再增加極化電壓，擴散電流基本上不再增加，使極譜波（即電流-電壓曲線）產生一個平頂。將極化電壓選定在平頂的中部（約0.6～0.9V），可以使擴散電流的大小基本不受電壓微小波動的影響。即電壓在0.6～0.9V之間，氧電極輸出的電流與電極外面氧濃度之間有良好的線性關係。因此，在極化電壓及溫度恆定的條件下，擴散電流的大小即可作為溶解氧定量測定的基礎。電極間產生的擴散電流信號可通過電極控制器的電路轉換成電壓輸出，用自動記錄儀進行記錄。
分類
其中Oxytherm系列氧電極具有很強的精確控溫功能，更適宜進行線粒體呼吸的測定。
參數舉例
套用領域
廣泛套用於植物生理學、農學、園藝學、林學、微生物學、藻類生物學、生命科學、海洋生物學、動物學，人體醫學以及環境科學等領域。
l 測定動物、植物組織細胞、微生物的呼吸速率和呼吸途徑的變化，分析抗氰呼吸途徑、細胞色素氧化酶途徑、糖酵解途徑、三羧酸途徑的變化
l 測定動物、植物等線粒體的呼吸及I態、II態、III態、IV態呼吸，研究呼吸控制率及P/O比
l 測定有氧參與的酶促反應過程。如多酚氧化酶、脂氧合酶、H2O2酶等活性
l 測定化學合成放氧物質的放氧速率
Oxygtherm配用整合式的電子控溫裝置，可以在3℃～40℃之間精確地控制溫度，控溫精度為0.02℃ 。因此避免了使用超級恆溫水浴。Oxytherm可用於研究動物、植物、微生物及藻類等各種生物材料的耗氧及放氧過程。
主要功能
l 高度整合的控制器。功能強大的控制軟體，控制溫度和攪拌子轉速
l 自動採集數據，自動計算出呼吸速率
l 整合式半導體控溫裝置精確控溫
l 可以8台系統聯用，同時監測8個反應室中O2濃度的變化
l 可與OXY/PHA離子選擇pH電極聯用，同時檢測反應液中氧濃度和H濃度
主要技術指標
l 樣品用量：0.2~2.5 ml
l 測量範圍：0~40% O2
l 氧解析度：10×10μ mol· ml
l 控 制 器：計算機控制器與整合式磁力攪拌器，可控制攪拌轉子轉速（150~900 rpm），計算機控制增益與補償功能，自動採集數據（0.1~10次/秒），RS232輸出
l 軟體功能：功能強大的控制軟體。可控制溫度、攪拌轉子轉速，自動記錄氧信號的動態變化過程，自動計算呼吸速率
l 溫度控制：整合式半導體控溫裝置，控溫範圍3℃~40℃；控溫精度：0.02℃
l 電極輸出：21% O2 時為1 μA；10%~90% 回響時間<5秒；耗氧量<0.015 μ mol · ht
l 殘餘電流：<0.02 μA ；極化電壓：700 mA
l 工作電壓：100~240V，50/60 Hz，輸出12V DC，2.5A
l 控制器體積：190×120×85 mm；重量：350g
使用氧電極測定線粒體實例：
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Sara Cipolat, Tomasz Rudka, Dieter Hartmann, Veronica Costa, Lutgarde Serneels, Katleen Craessaerts, Kristine Metzger, Christian Frezza, and others. Mitochondrial Rhomboid PARL Regulates Cytochrome c Release during Apoptosis via OPA1-Dependent Cristae Remodeling. Cell,Vol. 126,Issue 1,p163–175
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