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Introduzione ai sensori
I metodi sensoriali sono metodi chimico-fisici basati su un elemento sensibile ad un particolare analita.
Esempi di elementi sensibili:– pHmetro, conduttimetro
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Introduzione ai sensori
Qualsiasi tecnica analitica basata su sensori si fonda su una particolare legge chimico-fisica capace di correlare la risposta del sensore alla concentrazione dell’analita:
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Metodi Analitici in Biotecnologia
Elettrochimica
L’elettrochimica si occupa del flusso di elettroni tra un composto ed un altro.
Le reazioni chimiche che prevedono un trasferimento di elettroni sono dette reazioni di ossido-riduzione (redox).
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Elettrochimica
Utilità
Inoltre, l’elettrochimica è una tecnica capace di spiegare la maggior parte delle reazioni biochimiche che presiedono al funzionamento degli organismi viventi quali – la fotosintesi, – la respirazione cellulare, – la trasmissione degli impulsi nervosi, – ecc.
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Elettrochimica
Reazioni redox
Una reazione redox, o di ossidoriduzione, è una reazione chimica che avviene con cambiamento del numero di ossidazione dei reagenti dovuto a scambio di elettroni.
Esempio: Glu + O2 6CO2 + 6H2O + energia
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Elettrochimica
Reazioni redox: definizioni
Specie ridotta: La sostanza che accetta elettroni si definisce specie ridotta.
Specie ossidata: La sostanza che cede elettroni si definisce specie ossidata.
Ossidante: La specie chimica che tende ad acquistare elettroni, diminuendo il suo numero di ossidazione, viene detta ossidante
Riducente: Di contro, una specie che tende a cedere elettroni, aumentando il suo numero di ossidazione, viene detta riducente in quanto provoca riduzione mentre lei si ossida.
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Elettrochimica
Equazione di Nernst
In elettrochimica, l'equazione di Nernst esprime il potenziale che assume un elettrodo (E) in soluzione, relativamente al potenziale d'elettrodo standard (E°).
In altre parole serve per vedere il potenziale dell'elettrodo in condizioni diverse da quelle standard.
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Elettrochimica
Equazione di Nernst
dove: R è la costante universale dei gas, uguale a
8.314472 J K-1 mol-1 o 0.082057 L atm mol-1 K-1 T è la temperatura assoluta a è l'attività chimica F è la costante di Faraday, uguale a 9.6485309*104
C mol-1 n è il numero di elettroni trasferiti nella semireazione
RED
OXlna
a
nF
RTEE
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Elettrochimica
Equazione di Nernst
Per soluzioni non troppo concentrate, a temperatura di 25°C, la relazione si può esprimere attraverso le concentrazioni e diventa:
RED
OXlog
059.0
nEE
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Elettrochimica
Equazione di Nernst
E° è detto Potenziale Standard. È una misura della capacità di cedere o acquistare elettroni in condizioni standard:– A 25°C– Concentrazione 1 M
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Elettrochimica
Equazione di Nernst
Per esempio per la semireazione– Cu2+ + e- Cu
La legge di Nernst assume la forma:– E=E° + 0.059 log [Cu2+]
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Elettrochimica
Potenziometria
I metodi potenziometrici si basano su una relazione logaritmica tra il potenziale misurato e la concentrazione di analita in soluzione.
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Potenziometria
Strumentazione
Il dispositivo completo per la misura potenziometrica
mV
Elettrodo di misura Elettrodo Ref
Soluzione Analita
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Potenziometria
Sensori elettrochimici
Elettrodi di 1a specie– Un metallo immerso nella soluzione dei sui ioni.
Elettrodi di 2a specie– Un metallo in equilibrio con un suo sale poco
solubile.
Elettrodi di 3a specie– Un metallo inerte immerso in una copia redox.– Elettrodi di 4a specie
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Potenziometria
Elettrodi di Riferimento
L’elettro di riferimento più comune è l’elettrodo a pasta di argento
È formato da:
- Filo di argento
- Rivestimento di AgCl
- Soluzione di KCl
- Setto poroso
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Potenziometria
Elettrodi di Riferimento
L’elettro di riferimento più comune è l’elettrodo a pasta di argento
La reazione di elettrodo è:
AgCl + e- Ag+ + Cl-
Il potenziale di elettrodo è:
E=E°+0.059log[AgCl]/[Ag][Cl-]
Che diventa:
E=E°-0.059log[Cl-]
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Potenziometria
Elettrodo a membrana
L’elettro a membrana più comune è l’elettrodo a vetro.
È formato da:
- Filo di argento
- Rivestimento di AgCl
- Soluzione Tampone
- Membrana di vetro
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Potenziometria
Elettrodo a membrana
L’elettro a membrana più comune è l’elettrodo a vetro.
La reazione di elettrodo è:
[H+]ext [H+]int Il potenziale di elettrodo è:
E=E°+0.059log[H+]ext/[H+]int
Che diventa:
E=E°+0.059log[H+]ext oppure:
E=E°-0.059pH
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Potenziometria
Elettrodo a membrana
Il valore E° dell’elettrodo a vetro è detto costante di cela.
Il suo valore si determina tarando il pHmetro e varia al variare della T, dal tempo, dallo stato di conservazione della membrana, ecc.
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Potenziometria
Potenziale redox
Un elettrodo di metallo inerte imerso in una soluzione contenente una coppia redox è detto elettrodi di 3a specie.
Questo tipo di elettrodi sono usati per misurare il potenziale della coppia redox.
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Potenziometria
Potenziale redox
Per una generica reazione redox:– OX + e- RED
Il potenziale può essere previsto da:– E=E°+log[ox]/[red]
L’elettrodo più usato per questo tipo di misure è l’elettrodo di platino.
Pt Ref
mV
++
++
+
+
+
+
+
+
+
