“ Biosensores: Introduccion y Principios Electroquimicos basicos”

“ Biosensores: Introduccion y Principios Electroquimicos basicos”
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA División de Estudios de Posgrado e Investigación UNIDAD IV 4.2 Sensores Emergentes “ Biosensores: Introduccion y Principios Electroquimicos basicos” Alumno: Juan Ignacio Nevárez Santana Docente: MC. José Rivera Mejia CHIHUAHUA, CHIH. Lunes 7 Jueves 10 de Noviembre, 2005

CONTENIDO INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI Biosensor ¿qué es?
1 INTRODUCCION. 1.1 Antecedentes Historicos 1.2 Aplicaciones recientes de electrodos de metales nobles. 1.3 Métodos ópticos 1.4 Características ideales de los biosensor 1.5 Sistemas de Medición Ideales 2 Principios Electroquímicos Básicos. 2.1 Células electroquímicas 2.2 Reacciones REDOX 2.3 Voltaje y Corriente de condiciones estándar 2.4 Voltamogramo de estado estable. 2.5 Respuesta transitoria 2.6 Respuesta Potenciostatica 2.7 Respuesta Galvanostatica Respuesta Coulostatica

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Biosensor ¿qué es? Dispositivo de medición que contiene un elemento biológico.

Figura 1.

...Biosensor ¿qué es? Principio General de un biosensor: La tarjeta analitica (concentrado del susbtrato) es reconocida por el elemento biológico creando un estimulo al transductor el cual produce una señal medible. La tarjeta analítica se introduce en el medio exterior. La membrana externa debe de ser permeable a la parte analítica y si es posible excluir otras especies químicas a las que el sensor pueda ser sensible. El elemento biológico interactúa con la tarjeta analítica y responde de alguna manera que pueda ser detectado por el transductor. Puede convertir el substrato en otras especies químicas a través de reacciones bioquímicas; produce o realiza otros productos químicos en respuesta al estimulo del analizador; cambia sus propiedades ópticas, eléctricas o mecánicas. La señal de salida depende de el tipo de transductor usado.

1.1 Antecedentes Históricos
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.1 Antecedentes Históricos Uno de los mejores logros de nuestra era moderna fue el descubrimiento de la acidez y base en el área de la química y el desarrollo de la electroquímica moderna. Acidez-Base (pH): Sorenson (1909)- Determina la concentración del ion del Hidrogeno (H+), define el concepto de pH y estandariza la escala. Investiga sobre el efecto del pH en índices de hidrólisis enzimatica . Concepto de diferencias de potencial electroquímico debido a las reacciones de reducción y oxidación (REDOX). Sistema de electrodo de hidrogeno de gas (H2)- Fue el estándar de mediciones electroquimicas. Michaelis y Davidoff (1912)- Usan un electrodo de Pt/H2 para medir el pH de celulas de sangre Michaelis y Kramsztyk (1914)- Miden pH (con el método anterior) en huesos mamíferos después de disección. Buytendijk (1927)- Fue el primero en usar un metal sólido (antimonio) como electrodo para medir el pH para propósitos médicos.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.1 Antecedentes Históricos ...Acidez-Base (pH) Hoy la medición del pH en la sangre es vital y es una de las mediciones rutinarias. Juega un papel importante el H+ en la respiración y el metabolismo y aun quedan muchas cuestiones acerca de la regulación del balance ácido-base en nuestro organismo, organismos individuales y en niveles celulares. Existen muchos nuevos tipos de sensores de pH en desarrollo usando diferentes tipos de tecnologías.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.1 Antecedentes Históricos Electroquimica moderna: Ø Heyrovsky (1922)- Desarrollo un sensor para la medición de potenciales de oxidación y reducción para un numero de diferentes especies químicas llamado Electrodo de gota de mercurio polarografico. En 1959 gana el premio Nobel. Ø Muller y Baumberger (1935)- Midieron O2 en fluidos biológicos siendo estas mas exactas. Encontraron que la presión parcial PO2 en fluidos puede ser de +-1% de exactitud en el rango de 10-3 para una atmósfera. Ø Baumberger (1938)- Determino curva de equilibrio de la oxihemoglobina de O2. Fue el primero en medir el PO2 en la piel. Ø Petering y Daniels (1938)- Midieron el índice de consumo de O2 en algas, levadura y células de sangre. Ø Beecher (1942)- Uso este sensor clínicamente.

1.2 Aplicaciones recientes de electrodos de metales nobles.
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.2 Aplicaciones recientes de electrodos de metales nobles. Aquí se desarrollo los sensores de O2. Daneel (1897)- Investigo la corriente generada entre los dos electrodos de Pt con una diferencia de potencial sostenida de 20 mV. Encontró que la corriente es lineal en concentraciones de O2, pero inestable lo que ocasiona dificultades para las mediciones biológicas. Glasstone (1931)- Investigo el uso de electrodos de Pt para las mediciones de polarografia encontrando favorables resultados. Blinks y Skow (1938)- Reemplazo el electrodo de gota de mercurio con electrodos de Pt. Encontraron una corriente-voltaje para O2 en la polarización de un rango de voltaje entre a –0.7 V (cátodo de Pt negativo relativo al ánodo). Fueron los primeros en demostrar que la corriente limite a un voltaje constante es lineal con concentraciones de O2 de 0 a 99.5% de O2 y que el cátodo tiene un tiempo de respuesta menor a 1 segundo. Davies y Brink (1942)- Desarrollaron el primer microelectrodo de O2. Pero este sufría de perdida de sensitividad cuando se exponía a sangre y huesos. Clark (1956)- Modifico lo anterior asilando físicamente el cátodo de el de el medio de medición y permitió el crecimiento rápido de aplicaciones de biosensores.

1.3 Métodos ópticos INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI
En los años de 1800's se desarrollo el principio de usar un diferencial de varillas duales en espectrofotometría . Este principio fue aplicado para mediciones biológicas. Britton Chance (1991)- Gran desarrollador de la óptica moderna, especialmente en la espectrofotometría para la medición de huesos. Grandes avances electrónicos durante la segunda guerra mundial aplicados a instrumentación óptica (Universidad de Pennsylvania ). También se desarrollaron dispositivos de múltiples canales para el rastreo simultaneo de mas de una longitud de onda . Un amplio rango de métodos ópticos han llegado a ser aceptados para mediciones biofísicas y bioquímicas. Estas técnicas han sido adoptadas para el uso de transductores ópticos en biosensores.

1.4 Características ideales de los biosensor
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor 1.4.9 Respuesta Dinámica Membrana Planar Membrana Esférica Flujo Sensitivo Dependencia de Temperatura Relación Señal-Ruido Tiempo de vida Biocompatibilidad 1.4.1 Sensitividad 1.4.2 Calibración 1.4.3 Linealidad 1.4.4 Limite de Detección 1.4.5 Señal de fondo 1.4.6 Histéresis 1.4.7 Tendencia y estabilidad a largo plazo 1.4.8 Selectividad (Interferencia)

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor 1.4.1 Sensitividad Se define como: Cambio en la magnitud de estado estable de la salida del biosensor con respecto a el cambio en la concentración de una especie de químico especifico (ΔS/ΔC). Figura 2

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor ...Sensitividad Algunos tipos de biosensores sus mediciones están basadas en su respuesta dinámica. Su sensitividad puede ser definida como el cambio en la señal con el tiempo para un cambio en la concentración (ΔS/Δt/ΔC). Factores que determinan la sensitividad efectiva de un biosensor dado para una tarjeta analítica incluyen: Tamaño físico de el sensor Grosor de las membranas Resultado de el transporte de masa de la especie química de la muestra para la región sensada. Idealmente , la sensitividad debería permanecer constante durante su tiempo de vida y debería ser suficientemente alta para permitir mediciones convenientes de la señal de salida del transductor con instrumentación electrónica.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor 1.4.2 Calibración Idealmente debe ser fácilmente calibrado simplemente por la exposición a soluciones estándares preparadas o gases conteniendo diferentes concentraciones de la tarjeta analítica. La curva de calibración no requiere de muchos puntos de datos para poder obtener la sensitividad especialmente si se conoce la operación del biosensor. Los puntos de calibración deben soportar el rango de valores que serán medidos. Idealmente se calibra una sola vez para determinar la sensitividad pero en la practica es necesario hacer calibraciones periódicas para caracterizar la sensitividad con el tiempo.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor 1.4.3 Linealidad Un biosensor perfectamente lineal tendrá una sensitividad constante sobre el rango de concentración de cero a el máximo de concentración del substrato que pueda ser físicamente disuelto en el medio (donde se lleva la medición). Pero en la practica, la región de linealidad se restringe a un rango estrecho de el substrato de la concentración . La curva de calibración puede ser obtenida con suficiente exactitud para interpretar la señal del biosensor. Algunos biosensores tienen sensitividad semi-logarítmica (ΔS / Δ lnC) y pueden ser predictivos para los principios químicos en los que estén operando. Se pueden linealizar fácilmente graficando una nueva escala semi-logarítmica.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor ...Linealidad Figura 2

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor 1.4.4 Limite de Detección Es el limite mas bajo de concentración de substrato que puede ser detectado por el biosensor . Corresponde a la resolución. (implicando también la resolución del instrumento electrónico). 1.4.5 Señal de fondo La señal del biosensor usualmente tiene un nivel de fondo el cual puede ser restado. Esta señal puede determinar el limite de detección de un biosensor el cual es difícil de determinar exactamente. Se puede producir debido a: Ø Corrientes de fuga. Ø Diferencias de potencial pequeño en el instrumento de medición. Factores electroquímicos

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor ...Señal de fondo No es ruido eléctrico Sistemas lineales S = Smedición – Sfondo Sistemas semi-logarítmicos Se asume que la señal de fondo permanece constante con los cambios de la señal del biosensor.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor 1.4.6 Histéresis Un sensor ideal no se ve afectado por su paso de mediciones anteriores lo que equivale a cero histéresis. ¿Por que se puede dar? Absorción de energía en el proceso. Cambios en el ambiente químico local durante la medición. Ejemplo: Una medición hecha de una concentración analítica alta puede ser acompañada por un cambio de pH en la solución electrolito del sensor . Si el pH no fue calibrado correctamente en esta solución, la siguiente medición de una concentración analítica baja será afectada. Este puede ser un problema con biosensores basados en enzimas debido a que la actividad enzimático es fuertemente dependiente del pH.

1.4 Características ideales de los biosensor 1.4.7 Tendencia y estabilidad a largo plazo Idealmente un biosensor tiene sensitividad constante pero hay muchos factores que pueden reducirla como: Formación de oxido en el electrodo Envenenamiento por absorción directa de proteínas o de otros substratos químicos en la membrana o en la superficie del sensor. Para esto se requiere calibrar periódicamente.

1.4 Características ideales de los biosensor Selectividad (Interferencia). Idealmente un biosensor solo respondería a cambios en la concentración de la tarjeta analítica y no seria influenciado por la presencia de otras especies químicas. De otra forma, lecturas falsas para la concentración analítica serian obtenidas si realmente la concentración de la interferencia de las especies estén cambiando. Si no es posible controlar la concentración de la interferencia de estas especies es necesario medir con otro tipo de transductor químico para poder corregir la señal del biosensor.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor Respuesta dinámica El tamaño y las propiedades físicas del sensor determinan que tan rápido responderá a un cambio en la concentración de la tarjeta analítica que mide. El principal mecanismo es usualmente la difusión simple de las especies químicas de la muestra para la activación de la superficie del transductor. Este tipo de respuesta es frecuentemente referida como dependiente en un proceso de difusión limitado.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor Membrana Planar Existen muchas soluciones analíticas para los biosensores que pueden ser derivadas de modelos teóricos con diferentes geometrías y condiciones de simples limites. Por ejemplo, para unos electrodos largos se pueden modelar frecuentemente como elementos planares cubiertos con una simple membrana uniforme de fino grosor . El tiempo de respuesta para una señal f(t) cambiando de un valor inicial fo a un valor final f1 seguido de un cambio escalón en la concentración de el substrato en la superficie exterior esta dada por una solución de serie infinita: Donde el tiempo efectivo de factor de escala puede ser definido como

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor ...Membrana Planar La respuesta dinámica de una membrana planar es mostrada en la figura 3 en función del tiempo (t/Teff ) siguiendo un repentino incremento o decremento (un cambio escalón) en el substrato de la superficie de la membrana exterior. Figura 3

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor Membrana Esférica Similarmente se puede modelar una solución analítica a través de una difusión de una membrana uniforme en coordenadas esféricas. Este modelo es usado con frecuencia para microelectrodos donde el tipo de el sensor es muy pequeño comparado con el medio externo de medición. Donde : dm= diámetro de la membrana do= diámetro del electrodo y L=dm-do

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor ...Membrana Esférica Figura 4

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor Flujo sensitivo En algunas situaciones el transporte convectivo de el substrato para la membrana exterior de el sensor puede ser importante. Tales procesos son frecuentemente referenciados como flujo limitado. Generalmente el tiempo de respuesta decrementara conforme el flujo y el transporte convectivo se incrementan. Un flujo turbulento bajo algunas condiciones podría lograr un mayor tiempo de respuesta. Un biosensor que no esta operando en modo de difusión limitada puede ser propenso a errores en la medición cuando el fluido se incrementa.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor Dependencia de Temperatura Todas las propiedades físicas usadas en la construcción de los biosensores son variantes a la temperatura. Por ejemplo los rangos de reacciones enzimacatalizadores son muy dependientes a la temperatura. El calor puede producir algunas reacciones las cuales cambiarían la temperatura del biosensor. Es usual restringir las mediciones a condiciones isotérmicas utilizando circulación de baños de agua regulados termostaticamente y también bloques metálicos calentados eléctricamente.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor Relación Señal-Ruido Se presenta ruido electromagnético especialmente de 60 Hz de la línea de alimentación y puede ser reducido por medio de blindaje (shield) en el biosensor y también en el ánodo y cátodo. Cuando se mide la corriente la mayor contribución de ruido es el denominado ruido Johnson debido a el movimiento aleatorio de los electrones en el circuito de retroalimentación (del multimetro). Entonces la relación S/ N puede ser: Donde: Rf= resistencia del ampl. de retroalimentación k = cte de Boltzmann T= Temp. Kelvin fo= Frecuencia de corte del ampl. Esta relación se puede reducir disminuyendo la frecuencia de corte del amplificador o pasando la salida a través de filtros digitales.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor Tiempo de vida Importante propiedad es la cantidad de tiempo que puede permanecer sensible bajo condiciones normales. Esta depende de: Numero total de mediciones hechas. Magnitud de las concentraciones analíticas medidas. Especies químicas que desactiven el proceso. Concentraciones muy altas pueden causar una perdida mas rápida. Otra propiedad es la cantidad de tiempo que puede ser almacenado el biosensor cuando no se usa (refrigeración, químicos específicos, etc. )

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.4 Características ideales de los biosensor Biocompatibilidad Este tema es exclusivo para biosensores de uso medico. Se refiere a biosensores que son implantados en el cuerpo humano: En células de sangre Huesos Varios órganos Necesidad de: Desarrollo de biomateriales. Agentes farmacéuticos. Esterilización de dispositivos.

1.5 Sistemas de Medición Ideales
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.5 Sistemas de Medición Ideales 1.5.1 Contacto Directo 1.5.2 Compartimiento Cerrado 1.5.3 Inyección del flujo analítico 1.5.4 Medición Diferencial

1.5 Sistemas de medición ideales
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.5 Sistemas de medición ideales 1.5.1 Contacto Directo Es el método mas simple y consiste en tener el biosensor probando directamente en contacto con el medio biológico. Algunas condiciones : No debe de alterar el ambiente químico de ningún modo. Para fluidos puede ser inmerso en la muestra. No debería de ser influenciado por la velocidad del fluido. En inserción de células vivas y huesos no debería de dañar la muestra biológica. Se debe de tomar en cuenta la biocompatibilidad.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.5 Sistemas de medición ideales 1.5.2 Compartimiento Cerrado Cuando no es posible colocar el probador directamente en la muestra, es necesario remover e inyectarla en un compartimiento cerrado. Características: Es un método discretizado. La temperatura del compartimiento y la muestra es controlada fácilmente. Para estas mediciones el tiempo de respuesta no necesariamente debe de ser rápido.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.5 Sistemas de medición ideales 1.5.3 Inyección del flujo analítico A veces es conveniente tener un flujo a través del sistema en el cual muestras pequeñas puedan ser inyectadas. Características: Rápido tiempo de respuesta. En algunas aplicaciones es necesario el monitoreo continuo de muestras biológicas. No contamina la biomuestra si esta necesita regresar al medio. Pueden ser inyectadas otras especies químicas para provocar respuestas bioquímicas del biomaterial.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.5 Sistemas de medición ideales Cámara Cerrada De flujo Figura 5

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 1.5 Sistemas de medición ideales 1.5.4 Medición diferencial Este método agrega un segundo transductor que es sensitivo a especies químicas comunes y no sensible a el analítico. Es usado en muchos biosensores empleado las diferentes tecnologías de transductancia. Este segundo transductor elimina de la señal medida una señal llamada línea de base la cual se genera debido a la presencia de especies químicas que también son usadas o producidas por el elemento biológico.

2. Principios Electroquímicos Básicos
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2. Principios Electroquímicos Básicos 2.1 Células electroquímicas 2.2 Reacciones REDOX 2.3 Voltaje y Corriente de condiciones estándar 2.4 Voltamogramo de estado estable. 2.5 Respuesta transitoria 2.6 Respuesta Potenciomestatica 2.7 Respuesta Galvanostatica 2.8 Respuesta Coulostatica 2.9 Ejemplos de sensores de corrosión por métodos electroquímicos.

2 Principios electroquímicos básicos
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos 2.1 Células Electroquímicas Consiste de un par de electrodos por los cuales la reacción química total puede ser dividida en reacciones individuales para cada electrodo. Cuando la corriente fluye hacia el electrodo, se define este como ánodo. Esta corriente se asocia con la oxidación electroquímica de la especie. Complementando el circuito, la corriente fluye hacia el otro electrodo llamado cátodo y esta se asocia con la reducción de la especie electroquímica. El voltaje del proceso de oxidaciónes-reducciones llamado potencial de redox. La densidad de corriente total para la reducción de un mol del substrato por la célula es la suma de las densidades de corrientes anódica y catódica. i = ia + ic La corriente total I se encuentra multiplicando el área de la superficie del ánodo y cátodo.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos ...Células Electroquímicas Lo usual es monitorear la corriente de un electrodo llamándolo a este electrodo de trabajo y al otro se le denomina de referencia. En algunos sistemas es conveniente tener un tercer electrodo o auxiliar el cual es usado cuando la resistencia de la solución que lo rodea (Rs) es muy alta. Los microelectrodos no se ven afectados por esta. Figura 6

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos ...Células Electroquímicas Este método consiste de aplicar un voltaje con el potencial redox de la tarjeta analítica y medir la corriente resultante. Existen diversas formas de onda para la excitación del sistema y las mas usadas son voltaje lineal rampa u ondas cuadradas o la combinación de ambos. Figura 7

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos ...Células Electroquímicas Limitaciones: Electrodos largos pueden generar cargas excesivas. Microelectrodos permiten un mayor rango de escaneo . Y una técnica alternativa es aplicar una forma de onda cuadrada de el especifico potencial redox

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos 2.2 Reacciones REDOX La cinética de una reacción electroquímica es complicada por la presencia de un campo eléctrico. Este no solo afecta la especie electroactiva envuelta en la reacción si no también influye el movimiento de otros iones en el electrolito. Esto trae el movimiento de energía requerida para el paso del estado transitorio y no esta bien definida ( como en reacciones de primer orden). Un método es asumir que la energía depende de un potencial eléctrico (E) aplicado a la célula además de la diferencia de potencial químico entre la reacción y el producto. Las ecuaciones para sistemas de primer orden corresponden a: Donde: n=numero de electrones transferidos F=cte de Faraday R= cte de Boltzman

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos 2.3 Voltaje y corriente de condiciones estándar Cuando la reacción del electrodo están en equilibrio no existe agotamiento o generación de especies electroactivas. Por lo tanto no hay flujo de corriente (i=0) entonces ic = ia y el potencial de equilibrio esta dado por:

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos ...Voltaje y corriente de condiciones estándar Cuando la concentración de oxidación y reducción son iguales (Cox = Cred ) el potencial estándar (Eo) y potencial de equilibrio (Eeq) son idénticos. La densidad de corriente estándar intercambiada es Generalmente las células electroquímicas no tienen potencial equilibrado.Entonces : Eov = E - Eeq

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos 2.4 Voltamogramo de estado estable La relación de estado estable entre la corriente y el voltaje dependen de: Geometría del electrodo Rangos de transferencia de masa de reactancia y productos de electrolito. Reacciones químicas cinéticas de la superficie del electrodo.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos 2.5 Respuesta Transitoria Hay una variedad de técnicas de excitación de dependencia de tiempos que pueden ser usadas para el estudio de reacciones electroquímicas cinéticas con los electrodos. Potensioesttica Galvanoestaticos Couloestaticos La respuesta transitoria para un sistema de electrodos consiste de 3 pasos: Carga o descarga de capacitancia de la doble capa de las superficies de los electrodos. Reacción de oxidación-reducción en la superficie. Difusión de reacciones químicas y productos para y de la superficie.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos ... Respuesta Transitoria Un circuito equivalente para un sistema electroquímico seria: Figura 8

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos 2.6 Respuesta Potenciostatica [1,2] Es aquella en la cual se aplica un voltaje constante en un tiempo especifico. O bien, la excitación de voltaje es cambiada repentinamente (escalón y este permanece) y se mide la corriente total I(t). Su grafica esta en función del tiempo. Figura 9 Los experimentos potenciostaticos se pueden utilizar para medir voltajes y velocidades de pasivacion o repasivacion y evaluar técnicas de protección anódica o catódica.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos 2.7 Respuesta Galvanostatica [1,2] Es aquella en la cual se aplica una corriente constante I en un tiempo especifico (o se aplica un escalón de corriente) y se mide el voltaje E(t). Su grafica esta en función del tiempo. Figura 10 2.8 Respuesta Coulostatica Es aquella en la cual una carga es inyectada para perturbar el sistema de electrodos.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos 2.9 Ejemplos de sensores de corrosión por métodos electroquímicos [2,3] Corrosión: Deterioro de o desgaste de un material por reacción con su medio ambiente. Es la causa general de la alteración y destrucción de la mayor parte de los materiales. Los métodos electroquímicos son altamente fiables y pueden tener un control continuo. Las técnicas electroquímicas se pueden dividir en de corriente alterna (ca) y corriente directa

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI 2 Principios electroquímicos básicos ...Ejemplos de sensores de corrosión

BIBLIOGRAFIA INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA – DEPI
[1] Biosensors. Theory and Applications Donald G. Buerk [2] Desarrollo de un Protocolo para el el Monitoreo de la Corrosión. Maribel Gómez Franco. Tesis de Posgrado en Ciencias en Ing. Electrónica. 1998 [3] Diseño de un sensor de corrosión de ruido electroquímico para monitorear estructuras de concreto reforzado. Demetrio Nieves Mendoza. Tesis de Doctorado en Ciencias de Materiales. 2004

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