Potenziale effettivamente misurato nei pH

Potenziale effettivamente misurato nei pH-metri
Poiché
non
è
possibile
misurare
direttamente la d.d.p. Eb, il suo valore
risulta
i lt inglobato
i l b t in
i un potenziale,
t
i l Eind, che
h
include anche il potenziale di uno degli
elettrodi di riferimento Ag/AgCl e quello
di asimmetria:
Eind = Eb + Erif2 + Easim
sostituendo il valore di Eb si ricava:
Eind = L’ - 0.059 pH + Erif2 + Easim =
ponendo L = L
L’ + Erif2
f2 + Easim si ottiene:
Eind = L – 0.059
0 059 pH
Setto
Errori alcalino e acido
Sperimentalmente si osserva che
le misure di pH fornite da un
elettrodo
l tt d a vetro
t
sii discostano
di
t
dai valori effettivi di pH in due
intervalli, dando origine agli
errori:
 alcalino, verificato a pH >8 e
che
h si traduce
t d
i uno scostamento
in
s st
t
negativo (il pH appare più acido di
quello effettivo)
 acido, verificato a pH < 0 e che
si traduce in uno scostamento
positivo.
L’errore alcalino dipende dalla tipologia di elettrodo a vetro (dunque dalla
composizione del vetro stesso) ma a parità di composizione è tanto più
marcato quando maggiore è la concentrazione di cationi alcalini.
Tale osservazione suggerisce che la causa dell’errore alcalino sia da attribuire
alla presenza del seguente equilibrio di scambio ionico
ionico:
H+Gl- (vetro) + B+ (sol)
H+ (sol) + B+Gl- (vetro)
in cui B+, un catione alcalino presente nella soluzione in cui si effettua la
misura, viene anch’esso scambiato con il catione pre-esistente sui siti silicato
di cui è dotata la membrana in vetro.
vetro
Di fatto in questo caso il potenziale fra le due interfacce è dato da:
Eb = L’ + 0.059 log (a1 + kH,B b1), o meglio: Eb = L’ + 0.059 log (a1 +
ik
H,Bi
b1,i)
in cui b1,i è l’attività dello ione Bi+ nella soluzione in cui si vuole misurare il pH
e kH,B
, i si definisce coefficiente di selettività, una misura di quanto un catione
alcalino può interferire nella misura del pH.
Normalmente gli elettrodi a vetro hanno valori di kH,B piccolissimi, tuttavia
i
quando il pH è superiore a 9 a1 diventa sufficientemente piccolo da rendere il
contributo del termine kH,B b1 non più trascurabile.
Le cause dell’errore acido non sono completamente chiare.
L’ipotesi
L’i
t i più
iù accreditata
dit t è che
h l’equilibrio
l’
ilib i di scambio
bi ionico
i i determinante
d t
i
t all
funzionamento dell’elettrodo a vetro sia ormai completamente spostato a
destra quando si opera a pH molto bassi:
H+ (sol) + Na+Gl- (vetro)
H+Gl- (vetro) + Na+ (sol)
Se tutti i siti silicato sulla superficie esterna del bulbo in vetro del pH-metro
sono ormai occupati da ioni H+, qualunque aumento dell’attività di questi ultimi
p
p
non verrà percepito.
Il pH misurato apparirà maggiore di quello effettivo.
Elettrodi a vetro sensibili ad altri cationi
Partendo dall’equazione:
Eb = L’ + 0.059 log (a1 +
ik
H,Bi
b1,i)
si deduce che se si p
potesse aumentare notevolmente il coefficiente di
selettività per un particolare catione Bi si otterrebbe:
Eb = L’ + 0.059 log kH,B
, + 0.059 log b1,i
, = L’’ – 0.059 pBi
i
L’elettrodo diventerebbe quindi sensibile unicamente allo ione Bi.
L’incorporamento di ossidi come Al2O3 o B2O3 nella matrice di silicato dei
vetri da pH-metro ha consentito di realizzare elettrodi a vetro sensibili ai
varii cationi
ti i alcalini,
l li i all’NH
ll’NH4+ e all’Ag
ll’A +.
Elettrodi iono-selettivi a membrana cristallina
Negli elettrodi a membrana cristallina la membrana sensibile è realizzata a
partire da un composto ionico (o una miscela di composti ionici).
E ‘ possibile:
 ricavare la membrana da un singolo cristallo opportunamente lavorato;
 comprimere particelle di solido cristallino sotto elevata pressione;
 fondere il solido ionico e colarlo in uno stampo per la membrana.
La
membrana
b
viene
f
fissata
all’estremità di un tubo in materiale
inerte come Teflon o polivinilcloruro
(PVC)
(PVC):
E fondamentale che uno degli ioni
E’
del solido abbia una sufficiente
mobilità,
per
garantire
alla
membrana una certa conducibilità
elettrica
Teflon o PVC
1-2 mm
membrana
10 mm
Elettrodi a membrana di LaF3
Il fluoruro di lantanio (III),
(III) di solito “drogato”
drogato con EuF2, consente di
realizzare elettrodi a membrana sensibili allo ione F-.
Alle superfici della membrana,
membrana esposte ad una soluzione di F- di
riferimento (interna) o a quella da analizzare (esterna), si verifica
l’equilibrio:
LaF3 (solido)
LaF2+ (solido) + F- (soluzione)
La differenza di attività di ioni F- dalle due p
parti della membrana
determinerà un potenziale Eb e quindi un potenziale Eind, come per
l’elettrodo a vetro:
Eind = LF – 0.059 log aF- = LF + 0.059 pF
i segni sono invertiti rispetto al pH-metro perché in questo caso viene
scambiato
b
un anione.
Anche gli elettrodi a LaF3 danno risultati anomali sia a pH elevati (per
l’i t f
l’interferenza
nello
ll scambio
bi ionico
i i
d ll ione
dello
i
OH-),
) sia
i a pH
H bassi
b i (a
(
causa della combinazione fra F- e H+ a formare HF, non rivelabile).
Elettrodi a membrana di sali di argento
Gli alogenuri di argento poco solubili (AgCl, AgBr e AgI) costituiscono
materiali potenzialmente utili alla realizzazione di elettrodi a
membrana selettivi allo ione Ag+ o agli alogenuri citati,
citati purché vengano
mescolati con Ag2S nella fase di preparazione.
Il solfuro di argento migliora la conducibilità elettrica e peraltro rende
2 : poiché
l membrana
la
b
sensibile
ibil anche
h agli
li ioni
i i S2i hé nella
ll fase
f
di
immersione della membrana nella soluzione da analizzare l’Ag2S passa in
soluzione saturandone velocemente lo strato adiacente alla membrana,
2 determina
l’ tti ità degli
l’attività
d li ioni
i i S2d t
i il potenziale
t
i l osservato.
ss
t
Le equazioni dei potenziali di tali dispositivi sono simili a quella degli
elettrodi di prima specie (se si determina ll’Ag
Ag+) o di seconda specie (se
si determinano gli alogenuri o i solfuri).
Se si introduce anche un solfuro di metalli di transizione bivalenti come
Cu(II), Pb(II) e Cd(II) l’elettrodo a membrana di sali di argento
diventa sensibile alla concentrazione di tali cationi, come un elettrodo
di terza specie.
specie
Gli elettrodi a membrana cristallina consentono la determinazione di
numerosi cationi e anioni in grandi intervalli di concentrazione.
concentrazione
Soffrono, tuttavia, facilmente dell’interferenza da parte di ioni affini a
quelli da determinare:
Elettrodi a membrana liquida
In questo caso la membrana cristallina è sostituita da un liquido in grado di
scambiare ioni, alloggiato in un supporto solido inerte (membrana porosa in
plastica idrofoba, tipicamente di diametro 3 mm e spessore 0.15 mm).
Uno degli elettrodi a membrana liquida più comuni è quello impiegato per la
quantificazione del Ca22+, in cui lo scambiatore è un dialchil-fosfato
dialchil fosfato di
calcio:
R
O
O
O
P
R
O
O
R
O
R
P
O Ca O
con R che rappresenta una catena a 9 atomi di carbonio.
All due
Alle
d interfacce
i
f
d ll’ l
dell’elettrodo
d sii stabilisce
bili
un equilibrio
ilib i di scambio:
bi
[(RO)2(PO)O]2 Ca
2 (RO)2(PO)O- + Ca2+
Il potenziale dell’elettrodo è dato dalla relazione:
Eind = LCa + 0.059/2 log aCa2+ = LCa - 0.059/2 pCa
In una variante degli elettrodi a membrana liquida si fa uso di particolari
molecole organiche, dette ionofori, inglobate nella membrana, che hanno
particolare
ti l
affinità
ffi ità per alcuni
l
i ioni.
i i
La valinomicina (un antibiotico) e una speciale bis-tiourea si usano come
ionofori in elettrodi a membrana liquida sensibili a ioni K+ e Cl-,
rispettivamente:
valinomicina
La valinomicina, dotata di una
s nsibilità all K+ 104 volte
sensibilità
lt superiore
sup i
a
quella al Na+ e 107 volte superiore a
quella al Ca2+ e Mg2+ è stata impiegata
anche in microelettrodi per la
determinazione intra-cellulare del K+:
bis tiourea
bis-tiourea
Punta in vetro rivestito
internamente di silicone e
contenente la valinomicina
Apertura con diametro < 1 m
Transistor ad effetto di campo iono-selettivi
Un transistor ad effetto di campo
(Field-Effect
Transistor,
FET,
spesso noto anche come Metal
Oxide
Semiconductor
FET,
MOSFET) è un dispositivo in grado
di amplificare ll’intensità
intensità di corrente
in un circuito sfruttando le
proprietà dei semiconduttori:
Il cuore del transistor è un blocco
di silicio “drogato p” in cui sono
ricavati due blocchi di silicio
“drogato n”, noti rispettivamente
come
sorgente
(source)
e
uscita/scarico/drenaggio (drain).
)
Il blocco p è sormontato da uno
strato isolante di SiO2.
Due elettrodi metallici vengono infine depositati sull’SiO2 (elettrodo di
controllo o gate) e sul blocco Si-p (substrato).
Silicio di tipo n:
l’introduzione
di
elementi del V gruppo
(As, Sb, P) nel reticolo
d l silicio
del
ili i determina
d t
i
l
la
creazione
di
livelli
energetici poco al di
s tt della
sotto
dell banda
b nd di
conduzione
Silicio di tipo p:
l’introduzione
di
elementi
l
d l III gruppo
del
(B, Al, Ga) nel reticolo
del silicio determina la
creazione
i
di
li lli
livelli
energetici poco al di
sopra della banda di
valenza
Simbolicamente
un
(MOS)FET
si
può
rappresentare con il
seguente circuito:
Il suo funzionamento viene regolato
dall’applicazione di due differenze
di potenziale,
potenziale quella fra Drain e
Source (VDS) e quella fra Gate e
Source/Substrato (VGS).
Il segnale in uscita è la corrente
letta al drain, iD, che ha un
andamento peculiare rispetto ai due
voltaggi citati (caratteristica del
transistor).
Se non viene applicato alcun potenziale VGS non può esserci passaggio di
corrente fra source e drain perché, qualunque sia il segno del potenziale
VDS, una delle
d ll giunzioni
i
i i p/n
/ non ha
h portatori
t t i di carica
i liberi
lib i (elettroni
( l tt
i o
lacune):
+
drain
estrato di
svuotamento
so rce
source
Nel caso di un potenziale VDS positivo al Drain, gli elettroni liberi nel Si-n
del Drain si allontanano dalla giunzione p/n portando alla formazione di
una regione priva di portatori di carica (strato di svuotamento).
Se si applica invece un potenziale VGS positivo, elettroni vengono attratti
in una piccola regione del Si
Si-p,
p, quella sottostante al gate e si crea un
canale n che collega source e drain, consentendo un passaggio di corrente:
+
drain
eiD
+
+
+
+
+
+
+
e-
source
canale n
-
Questo tipo di MOSFET si definisce “ad intensificazione di corrente” e se
ne può realizzare una variante a canale p,
p in cui si scambiano le tipologie di
Si drogato e si invertono i segni dei potenziali.
MOSFET iono-selettivi (ISFET)
La constatazione che i dispositivi
MOSFET sono molto sensibili alle
i
impurezze
i i h
ioniche
presenti
ti alla
ll
superficie del blocco p-n, ha
suggerito negli anni ’70 l’ideazione
di una variante di transistor ad
effetto di campo che fungesse da
elettrodo
iono-selettivo
(Ion
Selective FET,
FET ISFET):
In questo tipo di dispositivi al posto del contatto metallico sul gate viene
depositato uno strato di nitruro di silicio (Si3N4), l’unica parte del
dispositivo esposta alla soluzione contenente lo ione da analizzare.
Proprio la realizzazione di incapsulamenti efficaci per la parte non esposta
alla soluzione ha richiesto circa 20 anni di ricerche prima della
commercializzazione dei primi ISFET.
Rispetto ai normali MOSFET, in questo caso il potenziale VGS viene in realtà
applicato fra un elettrodo di riferimento, immerso nella soluzione, e
l’elettrodo Source:
Nel caso degli ISFET sensibili al pH, l’adsorbimento di ioni H3O+ alla
superficie del Si3N4, modulato dall’attività di ioni H+ nella soluzione esterna,
determina un
un’influenza
influenza sull
sull’entità
entità della corrente fra Source e Drain,
Drain a parità
di VDS e VGS. Tale variazione può essere correlata al pH della soluzione.
Se lo strato di Si3N4 viene ricoperto con una membrana che ingloba uno
ionoforo specifico per un catione o anione,
anione ll’ISFET
ISFET diventa sensibile a quello
ione.
Vantaggi
 Possibilità di realizzare batterie di ISFET sullo stesso substrato,
sensibili allo stesso ione (per amplificare il segnale) o a ioni diversi
(ottenendo un elettrodo iono-selettivo multiplo);
 robustezza,, resistenza ad ambienti aggressivi,
gg
, p
piccola dimensione,,
rapidità di risposta, uso senza idratazione (conservazione prolungata a
secco)
Svantaggi
 Necessità di un incapsulamento molto efficace per evitare derive e
instabilità;
 necessità della presenza di un elettrodo di riferimento.
Sonde potenziometriche sensibili ai gas
Le sonde sensibili ai gas sono speciali celle elettrochimiche in cui la misura
di un potenziale viene correlata alla concentrazione di un gas disciolto.
Un esempio tipico è la sonda per
la CO2 disciolta:
una membrana permeabile al gas
permette il passaggio della CO2
nella
ll soluzione
s l i
i t
interna,
i cuii va a
in
modificare il pH.
La concentrazione esterna di CO2
viene misurata dalla variazione
del potenziale di un elettrodo a
vetro espressa rispetto ad un
vetro,
elettrodo Ag/AgCl.
Tipologie di membrana gas-permeabile
1) Membrane idrofobe microporose: sono realizzate in polimeri idrofobi
come teflon o polipropilene e caratterizzate da un
un’elevata
elevata percentuale di
volume interno vuoto.
Il gas in questo caso passa per effusione attraverso i pori (di dimensioni
tipicamente inferiori ad 1 m) della membrana,
membrana spessa al massimo 0.1
0 1 mm.
mm
2) Membrane omogenee: sono realizzate con polimeri solidi non porosi,
tipicamente
p
gomma siliconica. Il meccanismo di p
g
passaggio
gg del g
gas è p
più
complesso, prevedendo la ripartizione fra soluzione esterna e polimero,
la diffusione nella membrana e la ripartizione fra polimero e soluzione
interna.
Per non rendere tale processo (e con esso la risposta della sonda) troppo
lento lo spessore della membrana è più piccolo rispetto alle membrane
porose (0.01-0.03 mm).
Meccanismo di funzionamento delle sonde per CO2
I processi che si verificano, in successione, in questo caso sono:
1) CO2 (sol.
(sol est.)
est )
CO2 (membrana)
2) CO2 (membrana)
CO2 (sol. int.)
3) CO2 (sol. int.) + 2 H2O
HCO3- (sol. int.) + H3O+
CO2 (sol.
(sol est.)
est ) + 2 H2O
HCO3- (sol.
(sol int
int.)) + H3O+
La costante per tale equilibrio è:
K=
(aH
3O
+)int
(aHCO -)int
3
(aCO )est
2
=
(aH
3O
+)int
(aHCO -)int
3
[CO2]est
Poiché si può ipotizzare,
ipotizzare in buona approssimazione,
approssimazione che (aHCO -)int sia
3
costante è possibile inglobarla nella costante di equilibrio e ricavare:
(aH
3O
+)int
= Kg [CO2]est
dove: Kg = K / (aHCO -)int
3
In definitiva risulta:
Eind = L + 0.059
0 059 log Kg + 0.059
0 059 log [CO2]est = Lg + 0.059
0 059 log [CO2]est
e quindi:
Ecella = Eind – Erif= L’g + 0.059 log [CO2]est
Modulando la permeabilità
della
membrana
ed
eventualmente
variando
l’elettrodo
iono-sensibile
interno alla sonda,
sonda è possibile
cambiare
il
gas
determinabile:
Misurazione dei potenziali di cella
Lo strumento necessario per la misurazione della differenza di potenziale
fra un elettrodo indicatore e uno di riferimento richiede un requisito
f d
fondamentale:
t l la
l resistenza
i t
i t
interna
d l misuratore
del
i
t
d ’
dev’essere
elevata.
l
t
Il circuito può essere così schematizzato:
Rs
cella
Detto Ecella il potenziale da misurare,
per la prima legge di Ohm risulta:
I = Ecella/(RS + RM)
dove RM è la resistenza interna del
misuratore.
RM
strumento di misura
Il potenziale letto effettivamente è:
VM = I × RM = Ecella × RM/(RS + RM)
Di fatto VM coinciderebbe con Ecella soltanto se RM fosse infinita.
L’errore
L
errore relativo percentuale nella determinazione di Ecella derivante dalla
natura finita di RM, definito errore di carico, è dato da:
Er = (VM-E
Ecella
ll )/Ecella
ll × 100 = - RS/(RM + RS) × 100
dunque è fortemente influenzato dal rapporto RM/RS:
RM / Ω
RS / Ω
RM/RS
Errore rel. su Ecell / %
10
20
0.5
- 67
50
20
2.5
-29
500
20
25
-3.8
38
1000
20
50
-2
10000
20
500
-0.2
Per minimizzare l’errore di lettura, si impiegano attualmente voltmetri
digitali aventi resistenze interne dell’ordine di 1011 Ω o superiori.
Il voltmetro è inglobato
g
in un’unità di
lettura, connessa con un cavo co-assiale
alla sonda contenente sia l’elettrodo ionosensibile che quello di riferimento.
Insieme
esse
pIonometro.
costituiscono
sonda
un
unità di lettura
Poiché la convenzione IUPAC sui potenziali elettrodici viene impiegata
anche in potenziometria,
potenziometria i collegamenti dei due elettrodi sono:
elettrodo indicatore, posto a destra, al polo positivo
elettrodo di riferimento, posto a sinistra, al polo negativo
Risulta quindi: Ecella
ll = Eind
i d - Erif
if + Ej
In termini generali si può scrivere:
Cationi) Eind = L + 0.059/n log aC = L - 0.059/n pC
Anioni)) Eind = L - 0.059/n log
g aA = L + 0.059/n p
pA
Combinando queste relazioni con l’equazione precedente si ha:
pC = -n (Eind – L) /0.059 = -n (Ecella + Erif – Ej –L)/0.059 = - n (Ecella – K)/0.059
pA = n (Eind – L) /0.059
/0 059 = n (Ecella + Erif – Ej –L)/0.059
L)/0 059 = n (Ecella – K)/0.059
K)/0 059
e quindi:
Cationi) Ecella = K - 0.059/n pC
Anioni) Ecella
0 059/n pA
ll = K + 0.059/n
Poiché l’incremento del valore di pI di un catione determina una diminuzione
d l potenziale
del
t
i l di cella,
ll spesso
s ss neii pIonometri
I
t i per cationi
ti i le
l connessioni
ssi i all
poli del voltmetro sono invertite rispetto a quanto previsto dalla
convenzione.
pIonometri commerciali
Esistono attualmente centinaia di modelli diversi di pIonometri commerciali,
che possono essere classificati in quattro grandi categorie:
Strumenti portatili
a basso costo (< 500 euro)
Precisione
P
i i
0 5 unità
0.5
ità pI,
I alimentazione
li
t i
a batteria,
b tt i
piccole dimensioni
Strumenti di uso generale
(500 -1000 euro)
Precisione 0.05
0 05 unità pI,
pI alimentazione da rete,
rete
compensazione automatica della temperature
(ATC), espansione di scala fino a 1.4 unità di pI
Strumenti ad espansione di
scala (1000 - 2000 euro)
Precisione 0.01 unità pI, alimentazione da rete,
ATC, espansione di scala da 0.5 a 2 unità di pI
lettore digitale a 4 cifre, scala in mV
Strumenti per ricerca (> 2000
euro)
Precisione 0.001 unità pI, alimentazione da rete,
g
a 5 cifre, scala in mV
ATC, lettore digitale
L’ATC (Automatic Temperature Control) consiste nel misurare con una
s d la
sonda
l temperatura
t
t
d ll soluzione
della
s l i
i cuii si sta
in
st misurando
is
d il pI
I ed
d
impiegare il valore ottenuto per correggere il termine 0.059/n se esso si
discosta da 25°C.
Calibrazione di un elettrodo iono-selettivo
Le equazioni generali:
Cationi) Ecella = K - 0.059/n pC
Anioni) Ecella = K + 0.059/n pA
implicano
p
che si debba conoscere il valore di K p
per risalire a p
pC o p
pA dal
potenziale di cella.
Un modo p
per farlo implica
p
la
costruzione di una curva di
calibrazione, ottenuta riportando in
grafico il p
g
potenziale di cella
ottenuto per soluzioni ad attività
(pI) nota (standard) per lo ione
d’interesse.
Misurando il potenziale nella
soluzione incognita si dovrebbe
risalire
i li
all’attività
ll’ tti ità o pI
I per
estrapolazione:
Purtroppo non è detto che il valore del termine K rimanga costante quando
si passa dalle soluzioni standard alla soluzione incognita: cambiamenti di
potenziale
t
i l di giunzione
i
i
li id o del
liquida
d l potenziale
t
i l di asimmetria,
i
t i ad
d esempio,
i
possono far variare K.
Questo inficia ll’accuratezza
accuratezza della misura di pI.
pI
Nel caso di un catione si ha:
-log aC = -0.434 ln aC = - n (Ecella – K)/0.059
calcolando il differenziale di entrambi i membri si ha:
-0.434 (1/aC) daC = n/0.059 dK
passando alle differenze finite si ottiene:
-0.434 ((1/aC) aC = n/0.059 K
da cui:
aC /aC = n K/ 0.0257 = 38.9 n K
Una variazione di soli 0.001 V su K implica quindi uno scarto relativo pari a
circa 0.04 sull’attività di uno ione, circa 0.01 unità per il pH.
Correlazione attività-concentrazione
Se
si
vuole
ottenere
la
concentrazione
di
uno
ione,
piuttosto che la sua attività,
occorre costruire una curva di
calibrazione potenziale di cella –
concentrazione:
Il confronto indica che la differenza fra concentrazione e attività aumenta
all’aumentare della concentrazione, a causa della diminuzione del
coefficiente di attività.
Se si usa la calibrazione rispetto alla concentrazione di uno ione è ancora più
importante che le composizioni degli standard e della soluzione incognita
siano simili.
Per questo spesso essi vengono diluiti con lo stesso elettrolita (Tampone
Regolatore della Forza Ionica Totale, TISAB).
Calibrazione di un pH-metro e definizione operativa di pH
Per le applicazioni più semplici un pH-metro viene calibrato usando due
soluzioni tampone standard, che delimitino l’intervallo di pH contenente il
valore incognito.
incognito Standard a vari pH sono disponibili in commercio e se ne
conosce il valore di pH al variare della temperatura e di altre condizioni.
Per ciascun tampone standard si ha
ha:
pHS = - (ES – K) F/(2.303 RT)
con ES = potenziale di cella.
effettuando due misure su altrettanti standard si consente al pH-metro di
calcolare K.
Successivamente si misura il potenziale di cella per la soluzione incognita (U
= unknown), un microprocessore nel pH-metro risale automaticamente al pH
applicando la relazione:
pHU = - (EU – K) F/(2.303 RT) = pHS – (EU – ES) F /(2.303 RT)
essa è la
l definizione
d fi i i
operativa
ti di pH
H secondo
d la
l IUPAC.
IUPAC
Titolazioni potenziometriche
Rispetto ad una titolazione con indicatore chimico, una titolazione
potenziometrica implica l’impiego di un elettrodo indicatore il cui potenziale
sia influenzato da una specie coinvolta nella titolazione.
titolazione
Nel caso di una titolazione acido-base, ad
esempio, l’elettrodo
l’ l
d è rappresentato da
d un pHH
metro e la curva di titolazione si può ottenere
riportando il potenziale o il pH stesso in
f
funzione
i
d l volume
del
l
di titolante
tit l t aggiunto.
i t
Vantaggi delle titolazioni potenziometriche
 rispetto a quelle con indicatore: sono
applicabili anche a soluzioni colorate o torbide
 rispetto alle misure potenziometriche
dirette: si basano su variazioni di potenziale
elettrodico nello stesso sistema,
sistema dunque sono
poco inficiate da fluttuazioni nei potenziali di
giunzione liquida
L’andamento della titolazione può essere
visualizzato
riportando
p
il
potenziale
p
elettrodico (o il pH) in funzione del volume di
titolante aggiunto.
Nel caso di una titolazione di precipitazione
del Cl- con Ag+ si può seguire il potenziale di
un elettrodo Ag/Ag+:
Per una titolazione con rapporto 1:1 fra titolante e analita il punto finale è
anche
h ill punto di
d flesso
fl
d ll curva e può
della
ò essere meglio
l apprezzato dalle
d ll
curve della derivata prima o seconda del potenziale:
Biosensori potenziometrici
Definizione IUPAC di biosensore
Dispositivo analitico che consiste in un
componente
biologico
immobilizzato,
responsabile del riconoscimento selettivo
della specie analizzata (analita), in intimo
contatto con un opportuno trasduttore,
dispositivo che converte la risposta
biochimica
in
un
segnale
elettrico
quantificabile ed elaborabile.
Il biocomponente è una molecola biologica
(o addirittura una cellula) che riconosce un
analita e, nell’interagire specificamente
con esso, determina una variazione
chimico-fisica
chimico
fisica misurabile dal trasduttore.
Nei biosensori potenziometrici tale variazione riguarda il potenziale di un
elettrodo indicatore, sensibile ad una specie chimica correlata all’analita.
ENZIMA
POTENZIOMETRICO
Biosensori potenziometrici ad enzima immobilizzato
L’accoppiamento fra un enzima ed un trasduttore potenziometrico può
essere sfruttato per determinare numerose molecole organiche con una
tecnologia simile a quella usata per determinare ioni inorganici.
Nel caso dell’urea, ad esempio, si sfrutta l’idrolisi catalizzata dall’enzima
ureasi, immobilizzato all’interno di una membrana:
(NH2)2 CO + H3O+ + H2O
2 NH4+ + HCO3-
L’ NH4+ può
ò essere rivelato
i l t
con
un
elettrodo
ionoselettivo; l’NH3, in equilibrio
con esso,
esso può essere rivelata
con una sonda sensibile al gas.
Altri esempi di biosensori potenziometrici
Componenti chiave dei biosensori potenziometrici ad enzima sono la
membrana che immobilizza l’enzima, che può essere di materiale inorganico
(vetro allumina) o organico (polimeri che legano covalentemente ll’enzima
(vetro,
enzima o
che lo inglobano), e la membrana protettiva esterna, che tende a limitare
l’interferenza di altre biomolecole presenti nei campioni biologici (proteine).
L’interferenza da parte di altri cationi/anioni inorganici può tuttavia
inficiare il responso di tali dispositivi.