Introduzione ai sensori


I metodi sensoriali sono metodi chimico-fisici
basati su un elemento sensibile ad un
particolare analita.
Esempi di elementi sensibili:
–
1
pHmetro, conduttimetro
Introduzione ai sensori

2
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:
Metodi Analitici in Biotecnologia
Elettrochimica
3

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).
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
–
–
–
–
4
la fotosintesi,
la respirazione cellulare,
la trasmissione degli impulsi nervosi,
ecc.
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
5
Elettrochimica
Reazioni redox: definizioni




6
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.
Elettrochimica
Equazione di Nernst


7
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.
Elettrochimica
Equazione di Nernst
aOX
RT
E  E 
ln
nF aRED





8

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
Elettrochimica
Equazione di Nernst

Per soluzioni non troppo concentrate, a
temperatura di 25°C, la relazione si può
esprimere attraverso le concentrazioni e
diventa:

0.059
OX
E  E 
log
RED 
n
9
Elettrochimica
Equazione di Nernst

E° è detto Potenziale Standard. È una
misura della capacità di cedere o acquistare
elettroni in condizioni standard:
–
–
10
A 25°C
Concentrazione 1 M
Elettrochimica
Equazione di Nernst

Per esempio per la semireazione
–

La legge di Nernst assume la forma:
–
11
Cu2+ + e-  Cu
E=E° + 0.059 log [Cu2+]
Elettrochimica
Potenziometria

12
I metodi potenziometrici si basano su una
relazione logaritmica tra il potenziale
misurato e la concentrazione di analita in
soluzione.
Potenziometria
Strumentazione

Il dispositivo completo per la misura
potenziometrica
Elettrodo di misura
Elettrodo Ref
mV
13
Soluzione Analita
Potenziometria
Sensori elettrochimici

Elettrodi di 1a specie
–

Elettrodi di 2a specie
–

Un metallo in equilibrio con un suo sale poco
solubile.
Elettrodi di 3a specie
–
–
14
Un metallo immerso nella soluzione dei sui ioni.
Un metallo inerte immerso in una copia redox.
Elettrodi di 4a specie
Potenziometria
Elettrodi di Riferimento

L’elettro di riferimento più comune è
l’elettrodo a pasta di argento

15
È formato da:
- Filo di argento
- Rivestimento di AgCl
- Soluzione di KCl
- Setto poroso
Potenziometria
Elettrodi di Riferimento

L’elettro di riferimento più comune è
l’elettrodo a pasta di argento


16
La reazione di elettrodo è:
AgCl + e-  Ag+ + ClIl potenziale di elettrodo è:
E=E°+0.059log[AgCl]/[Ag][Cl-]
Che diventa:
E=E°-0.059log[Cl-]
Potenziometria
Elettrodo a membrana

L’elettro a membrana più comune è
l’elettrodo a vetro.

17
È formato da:
- Filo di argento
- Rivestimento di AgCl
- Soluzione Tampone
- Membrana di vetro
Potenziometria
Elettrodo a membrana

L’elettro a membrana più comune è
l’elettrodo a vetro.


18
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
Potenziometria
Elettrodo a membrana


19
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.
Potenziometria
Potenziale redox


20
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.
Potenziometria
Potenziale redox

Per una generica
reazione redox:
–
21
E=E°+log[ox]/[red]
L’elettrodo più usato per
questo tipo di misure è
l’elettrodo di platino.
Ref
Il potenziale può essere
previsto da:
–

OX + e-  RED
Pt

mV
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+