Biologiczne ukady redoks Potencjometria jest metod wykorzystujc zaleno

Biologiczne układy redoks

Potencjometria jest metodą wykorzystującą zależność między aktywnością oznaczanego jonu w roztworze, a potencjałem elektrycznym elektrody. Praktycznie wyznacza się stężenie oznaczanego składnika na podstawie siły elektromotorycznej SEM ogniwa utworzonego z elektrody wskaźnikowej i porównawczej (dla roztworów rozcieńczonych). Zależność tę opisuje najogólniej równanie Nernsta

Równanie Nernsta E 0 - normalny potencjał elektrody (a. Mn+= 1) R - stała gazowa (8, 31441 J K-1 mol-1) T - temperatura bezwzględna (K) F - stała Faraday’a (96486, 7± 0, 54 C mol-1) n - liczba elektronów biorąca udział w reakcji a. Mn+ - aktywność jonów metalu a. M 0 = 1

Rodzaje elektrod Elektrody wskaźnikowe pierwszego rodzaju Elektrody wskaźnikowe drugiego rodzaju Elektrody wskaźnikowe trzeciego rodzaju Elektrody wskaźnikowe utleniająco-redukujące Elektrody porównawcze Elektrody wskaźnikowe jonoselektywne

Elektrody pierwszego rodzaju Właściwości: • Odwracalne względem kationu • Zbudowane z metalu (lub gazu) zanurzonego w roztworze własnych jonów • Reakcja przebiegająca na elektrodzie Mo Mn+ + n e • Ważną elektrodą pierwszego rodzaju jest elektroda wodorowa ½ H 2(g) H+ + e-

Elektrody drugiego rodzaju Właściwości: • Odwracalne względem wspólnego anionu • Składają się z metalu pokrytego trudno rozpuszczalną solą tego metalu, zanurzonego w roztworze zawierającym ten anion • Reakcja zachodząca na elektrodzie: M 0 + A- MA + e • Ważne elektrody drugiego rodzaju: chlorosrebrowa, kalomelowa

Elektrody trzeciego rodzaju Właściwości • Odwracalne względem wspólnego kationu • Tworzą je metale otoczone cienką warstwą trudno rozpuszczalnej soli tego metalu oraz warstwą soli nieco lepiej rozpuszczalnej, zawierającej ten sam anion • Reakcja elektrodowa zachodzi według równania: M 0 + M(b)A M(a)A + M+(b) + e • Przykład: Pb|Pb. C 2 O 4||Ca. C 2 O 4|Ca 2+ • Obecnie rzadko stosowane

Elektrody utleniająco-redukcyjne Budowa elektrod utleniająco-redukcyjnej • Obojętny chemicznie metal (Pt, Au) zanurzony w roztworze zawierającym substancje w postaci zarówno utlenionej jak i zredukowanej • Przykład: elektroda chinhydronowa

Elektrody porównawcze Cechy idealnej elektrody porównawczej: • Stałość potencjału • Odtwarzalność potencjału i brak histerezy temperaturowej • Uniwersalność zastosowań i prostota obsługi • Mały opór elektryczny • Odtwarzalny i niski potencjał dyfuzyjny • Mały wypływ elektrolitu elektrody do badanego roztworu Najczęściej elektrodami odniesienia są elektrody drugiego rodzaju: elektroda chlorosrebrowa i nasycona elektroda kalomelowa

Elektrody jonoselektywne Cechy membranowych elektrod jonoselektywnych (ISE): • Elektrodowo czynną częścią elektrody jest membrana • O różnicy potencjału na granicy faz membrana/roztwór decyduje reakcja wymiany jonowej między jonami z roztworu a jonami membrany.

Elektrody jonoselektywne można podzielić ze względu na stan skupienia fazy tworzącej membranę • Elektrody szklane • Elektrody ze stałymi membranami • Elektrody z membranami ciekłymi • Elektrody z podwójnymi membranami (czułe na gazy, enzymatyczne)

Właściwości elektrod jonoselektywnych Zakres prostoliniowości wskazań • Nazywany zakresem odpowiedzi nernstowskiej elektrody • Szeroki zakres prostoliniowości zapewnia dobre pomiary w bardzo dużym zakresie stężeń czułość • Miarą czułości jest nachylenie krzywej kalibracyjnej S/z np. dla jonów jednowartościowych ok. 59 m. V Selektywność • Miarą selektywności jest współczynnik selektywności K w równaniu Nikolskiego. Wartość liczbowa współczynnika oznacza ile razy silniej elektroda reaguje zmianą potencjału na obecność jonu głównego w porównaniu z jonem zakłócającym

Elektrody szklane są pierwszymi elektrodami membranowymi wykorzystywanymi w analizie potencjometrycznej (Haber, Klemensiewicz, 1909). Są one powszechnie stosowane do oznaczeń p. H. Elektroda szklana składa się z rurki szklanej zakończonej cienkościenna banieczką. Wewnątrz znajduje się elektroda chlorosrebrowa zanurzona w roztworze wewnętrznym HCl o stałej aktywności jonów lub w buforze p. H. W handlu dostępne są elektrody kombinowane zawierające dodatkowo elektrodę odniesienia. Elektrody szklane nie wymagają dodatkowych odczynników, potencjał ustala się szybko, zakres p. H możliwy do oznaczenia jest bardzo szeroki, od p. H 1 do 12.

Analityczne zastosowanie potencjometrii Potencjometria jako metoda elektroanalityczna jest metodą analizy ilościowej roztworów. Można wyróżnić metody: • p. H-metria • Miareczkowanie potencjometryczne • Potencjometria bezpośrednia (p. H-metria stanowi oddzielna, wyspecjalizowaną technikę potencjometryczną) • Analiza kliniczna: poziom glukozy, stężenie elektrolitów we krwi • Działania policji -alkomaty

p. H-metria Mierząc stężenie jonów wodorowych wkraczamy w zakres p. H-metrii. p. H jest ujemnym log [H+] z wartości stężenia jonów wodorowych. Pomiaru stężenia jonów dokonuje się praktycznie mierząc SEM ogniwa złożonego z dwóch elektrod: elektrody pracującej i elektrody odniesienia (wchodzących w skład tzw. elektrody kombinowanej)

p. H-metria 1 - elektroda wyprowadzająca chlorosrebrowa 2 - roztwór wewnętrzny elektrody chlorosrebrowej (0, 1 mol/dm 3 HCl) 3 - membrana szklana (niskooporowa; 100 -500 MW) 4 - elektroda porównawcza chlorosrebrowa 5 - roztwór wewnętrzny elektrody porównawczej (nasycony roztwór KCl nasycony Ag. Cl) 6 - przewód wyprowadzający sygnał 7 - wlew roztworu wewnętrznego

p. H-metria

Potencjometria bezpośrednia Współczesna potencjometria bezpośrednia jest zdominowana przez elektrody jonoselektywne W pomiarach wykorzystujemy dwie drogi postępowania: • Metodę krzywych wzorcowych –polega na wykreśleniu krzywej wzorcowej dzięki której można wyznaczyć nieznaną aktywność oznaczanego jonu. Możliwa do zastosowania przy szerokim prostoliniowym zakresie. • Metodę dodawania wzorca -polega na przeprowadzeniu pomiarów potencjału przed i po dodaniu ilościowo odmierzonej ilości roztworu wzorcowego

Potencjometria bezpośrednia

Miareczkowanie potencjometryczne Za pomocą pomiarów potencjometrycznych można śledzić przebieg miareczkowania. Ważny jest odpowiedni dobór elektrody wskaźnikowej Punkt końcowy miareczkowania można wyznaczyć • Metodą graficzną • Metodą pierwszej pochodnej • Metodą drugiej pochodnej • Metodami numerycznymi

Miareczkowanie potencjometryczne Metody wyznaczania punktu końcowego miareczkowania metoda graficzna metoda pierwszej pochodnej metoda drugiej pochodnej

Miareczkowanie potencjometryczne

SEM [v]

Spektrofotometria UV/Vis

Dlaczego związki chemiczne absorbują światło? W związkach organicznych absorpcja promieniowania jest związana z przejściem elektronów walencyjnych σ, π i n na wolny orbital o wyższej energii. W kompleksach metali d-elektronowych w wyniku oddziaływania z ligandem orbitale d różnicują się energetycznie (teoria pola ligandów) i możliwe jest przejście z poziomu o energii niższej na poziom o energii wyższej.

Źródła światła: lampy deuterowe (180 – 380 nm), wolframowo-halogenowe (> 380 nm), Łukowe lampy ksenonowe (cały zakres UV –Vis) Monochromatory: pryzmat, siatka dyfrakcyjna holograficzna

Detektory: fotokomórka, fotopowielacz, fotodioda

Fotodioda półprzewodnikowa