-
Elektrokemijske metode za rad sbiosenzorima
-
POTENCIOSTAT
-
GALVANOSTAT
-
OPREMA ZA ELEKTROKEMIJSKA MJERENJA
-
POTENCIOMETRIJSKA MJERENJA
-
• Anodna reakcija:
• Zn(s) ⇔ Zn2+(aq) + 2e–• Katodna reakcija:
• Ag+(aq) + e– ⇔ Ag(s)•
• Sumarna reakcija:• Zn(s) + 2Ag+(aq) ⇔ 2Ag(s) + Zn2+(aq)
-
Prikaz elektrokemijskog članka:
• Zn(s) | ZnCl2 (aq, 0.0167 M) || AgNO3 (aq, 0.100 M) |
Ag(s)
• Elektromotorna sila elektrokemijskog članka:
• Ecell = Ek– Ea•
• Elektrokemijski potencijal polučlanka :
• Q = [ O] /[ R]•
• [ O]- ravnotežna koncentracija oksidiranmog oblika•
• [ R]- ravnotežna koncentracija reduciranog oblika
-
• Pri standardnim uvjetima Nernstova jednadžba ima oblik:
Primjena Nernstove jednadžbe za prethodni elektrokemijski
članak:
-
• Sumarno:
-
REFERENTNE ELEKTRODE• Referentna elektroda || Indikatorska
elektroda
•• Ecell = Eind – Eref + Elj
•• Elj – (liquid junction) difuzijski potencijal•• Kalomel
elektroda:•
• Hg2Cl2(s) +2e– ⇔ 2Hg(l) + 2Cl–(aq)
-
• pri 25 °C, E = + 0.2444V•
• Hg(l) | Hg2Cl2 (sat’d)⎥ KCl (aq, sat’d) ||•
-
Izvedba referentne kalomel elektrode
-
Ag/AgCl referentna elektroda
AgCl(s) + e– ⇔ Ag(s) + Cl–(aq)
Ag(s) | AgCl (sat’d)⎥ KCl (x M) ||
-
Ag/AgCl referentna elektroda
-
Elektrode prve vrste
• METALNE ELEKTRODE:
•• Cu2+(aq) + 2e– ⇔ Cu(s)
-
Elektrode druge vrste• REF || AgI (sat’d)⎥ I– (unk) | Ag(s)
•• Srebro/ srebrov jodid elektroda:•• Potencijal Ag/Ag+
elektrode:
-
AgI(s) ⇔ Ag+(aq) + I–(aq)
-
Redoks elektrode
• Potencijal elektrode ovisi o prisutnosti oksidiranog i
reduciranog oblika redoks para
-
Membranske elektrode
-
• Ref(samp) || [A]samp | [A]int || Ref(int)•
• Ecell = ERef(int) – ERef(samp) + Emem + Elj•
-
Selektivnost
• Nickolsky-Eissemanova jednadžba :
-
pH- elektroda
-
Mjerenje pH
• pH = –log [H+]• pH = –log (aH+)
-
Plinske elektrode (senzori)
-
• CO2(aq) + 2H2O(l) ⇔HCO3–(aq) + H3O+(aq)
Ecell = K′ + 0.05916 log [CO2]
-
Biosenzor za ureu
-
Primjeri potenciometrijskih biosenzora
2
+
glucose oxidase H O +2 2 2
penicillinase
urease (pH=6,0)2 2 2 4 2
ure2 2 2
a) H cation
D glucose+O D glucono-1,5-lactone + H O D gluconate+H
penicillin penicilloic acid H
H NCONH H O 2H 2NH CO
H NCONH 2H O
+
+ +
− ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ − ⎯⎯⎯→ −
⎯⎯⎯⎯⎯→ +
+ + ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ +
+ ase (pH=9,5) 3 3
lipase2
2NH HCO H
neutral lipids H O glycerol fatty acids H
− +
+
⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ + +
+ ⎯⎯⎯→ + +
-
+4
L-amino acid oxidase +2 2 4 2 2
asparginase +2 4
urease (pH=7,5)2 2 2 3 3
b) NH cation
L-amino acid + O H O keto acid NH H O
L-aspargin H O L aspartate NH
H NCONH 2H O H 2NH HCO+ −
+ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ + +
+ ⎯⎯⎯⎯⎯→ − +
+ + ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ +
-
3
peroxidase2 2 2
glu idase +2
a +can also be used in NH and CO (gas) potentiometric
biosensors4 2bcan also be used in NH (gas) p
c) I anion
H O 2H 2I I +H O
d) CN anion
amygdalin 2H O 2 glucosidase + benzaldehyde + H CNcos
−
+ −
−
β− −
+ + ⎯⎯⎯⎯⎯→
+ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ +
otentiometric biosensors
-
Amperometrijski biosenzori
• Clark (1956)• Katodna reakcija: • O2 + H2O + 4 e-→ 4OH-
• Anodna reakcija:• Ag →Ag+ + e –
• Ag+ + Cl- → AgCl
A
katoda
membrana propusna zakisik
anoda
elektrolit
-
Struju redukcije može se prikazati Faradayevim zakonom:
I dQdt
z F dndt
= = * *
Povezivanjem Fickovog i Faradayevog zakona dolazi se do
izraza:
dQdt
z F D A dcdx
= − * * * *
I =n FV
ApO
de pe dm pmm
* * */ /
2
+
-
• gdje su dm i de debljina sloja elektrolita i membrane, pe i pm
su permeabilnost elektrolita i membrane, a Vm je molarni volumen
plina.
• Budući je dm/pm > de/pe gornji se izraz može napisati :
I nFV
Ap pO
dmm
m
= * * 2
odnosno jednostavnije i = konstanta x pO2
-
Amperometrijski senzor za glukozu
• Kemijsku reakciju u enzimskom sloju objasnio je Romette
•• glukoza+ O2 → glukolakton + H2O2
