Electrodo selectivo de iones INTEGRANTES: Cristian Araya Jonathan Castillo Diego Díaz Jaime Espinoza Nicolás Saavedra

Valoraciones Conductimetrícas Métodos Electroanalíticos Métodos en la interfase Métodos en la disolución Métodos estáticos (I = 0) Métodos dinámicos (I > 0) Conductimetría Valoraciones Conductimetrícas Potenciometría Valoraciones Potenciométricas Voltamperometría Columbimetría Electrogravimetría

Potenciometría Son las técnicas que se basan en medir la diferencia de potencial entre dos electrodos uno negativo y otro positivo y se espera que esta diferencia de potencial tenga una relación proporcional con la concentración de algún analito de interés.

Definiciones Básicas Diferencia de potencial: es la diferencia de carga entre el ánodo y el cátodo originado por el traspaso de electrones desde un polo a otro, lo que produce un campo electroquímico o diferencia de potencial, diferencia de voltaje. En otras palabras es la interacción de cargas separadas. Electrodo: es el dispositivo fundamental para estas medidas potenciométricas. Consiste en una o varias varillas electroconductoras conectada a un potenciómetro que es un medidor de voltaje eléctrico El analito a determinar: debe ser electroactivo, es decir que puede donar y aceptar electrones.

PRINCIPIO FISICO Cuando un electrodo esta sumergido en una solución que contiene el ion relativo se aplica la ecuación de Nerst E = E`±( (R* T)*Lnai))/(n*F) o bien E = E`±( (R* T)*Ln(fi c i ))/(n*F) (+) para cationes (-)para aniones. La ecuación también puede escribirse como: E = E`±S * Log(fi c i ) E = El potencial eléctrico medido. E`= El e.m.f del sistema en una solución estándar. ai = La actividad del ion medido. R = La Cte. Gral. del gas.(8,31J/Kmol). T = La temperatura. n = La valencia del ion medido. F = La Cte. De faraday 96,496 A.s/g equivalente. fi = El coeficiente de actividad. ci = La concentración del ion medido. S = La pendiente del electrodo.

ci Muestra = ci Standard x 10 ΔE/S PRINCIPIO FISICO Si la concentración del Ion de una solución es conocida, entonces la concentración del Ion de una muestra puede determinarse a la diferencia de los dos potenciales medidos Emuestra = E’ + S x Log (fi x ci Muestra) Estandard = E’ + S x Log (fi x ci Standard) Emuestra – Estándar = S x Log ci Muestra / ci Standard S = diferencia de potencial del electrodo determinada a partir de la diferencia de potencial de dos solución stándard medidas ci Muestra = concentración de los iones medidos de la muestra ci Standard= concentración de los iones medidos de las soluciones Standard La concentración del Ion de la muestra puede determinarse de la siguiente manera: ci Muestra = ci Standard x 10 ΔE/S

Mediciones potenciométricas Para las mediciones potenciométricas es necesario construir una celda de medida donde solo uno de los electrodos modifique su potencial cuando cambian las concentraciones de las especies con las cuales se encuentre en contacto. El electrodo que modifica su potencial se denomina electrodo indicador Electrodo de referencia es aquel que no modifica su potencial y se construye de modo tal que su potencial permanece inalterado aún cuando cambia el "entorno" donde se encuentra.

Celda Galvánica Una celda galvánica (sistema espontáneo) es aquella en donde, a partir de las reacciones parciales (de oxidación en el ánodo y de reducción en el cátodo), que se dan en los electrodos, se genera una diferencia de potencial (FEM) y se obtiene una corriente eléctrica (energía eléctrica).

Métodos potenciométricos Los métodos potenciométricos están basados en medidas de potencial de celda (Ecel) se emplea la siguiente ecuación para trabajar con los valores de potencial de celda obtenidos con este sistema de medida: E celda = E indicador – E referencia Dado que el potencial del electrodo de referencia permanece inalterado (dentro de ciertos márgenes) el potencial de celda medido será entonces equivalente a la variación que pueda sufrir el electrodo indicador.

Electrodo de referencias Son aquellos que miden el mismo potencial cualquiera que sea la naturaleza de la disolución en que se introduzcan y por tanto dan una referencia a la medida del electrodo indicador. Deben ser de potencial conocido Los electrodos de referencia más empleados son los siguientes: Electrodo Normal de Hidrógeno (ENH) Electrodo de Calomel Saturado - Electrodo de Ag/AgCl

Ejemplo de Electrodo de referencia: Calomel Saturado Tubo interno que contiene pasta de Hg, Hg2Cl2 y KCl Disco poroso Orificio pequeño Alambre conductor KCl saturado Respiradero

Electrodos indicadores: ELECTRODOS INDICADORES METÁLICOS - Electrodos de 1ra especie Metales puesto en contacto con una solución que contiene su ión Ag+(ac) + e- == Ag(s) - Electrodo de 2da especie Metal con un depósito de una sal poco soluble del metal y en equilibrio con el anión de la sal. AgCl(s) + e- == Ag(s) + Cl- - Electrodo de 3ra especie También conocidos como electrodos de óxido-reducción. Metal inerte Pt, Au, Pd, C, etc. ELECTRODOS DE MEMBRANA - Vidrio - Membrana líquida - Membrana cristalina - Gases

Electrodos de membrana Difieren a los electrodos de metal, en que estos últimos transfieren electrones y los electrodos de membrana iones, por esto son llamados electrodos selectivos de iones por que se construyen con ciertos materiales que permiten que respondan en forma aproximada, selectivamente a ciertas especies químicas.

Electrodo selectivos de iones Como su nombre lo indica son electrodos sensibles a la presencia de un tipo de Ion en disolución y permiten su cuantificación. Es empleado en electroanálisis. Los principales iones selectivos que se han desarrollado actualmente son:

Electrodos de membrana de vidrio Posee membranas de vidrio de composición diferente que le confiere afinidad por diferentes iones, el aumento de concentración de iones en la superficie externa de la membrana produce carga positiva en esa zona y un aumento de la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana. Tienen una cierta respuesta para los iones hidrogeno por lo que se deben utilizar principalmente para determinar cationes monovalentes.

Electrodos de membrana líquida El electrodo tiene una membrana porosa hidrofóbica, que es atravesada por el analito. En el interior hay un electrodo de Ag/AgCl, cuyo potencial varia en función de la concentración del analito que entra, permiten la determinación de Ca++, Mg++, K+, NO3-, y hay un tipo especial de estos electrodos que permite el paso de gases por la membrana porosa con lo que se puede medir la presión parcial de gases como O2, NH3, Co2.

Electrodos de estado sólido Tienen una membrana formada por un cristal inorgánico de una sal de muy baja solubilidad, uno de los mas típicos es el fluoruro constituido por una sal de fluoruro de lantano, estos electrodos son fabricados para iones como el Cl-, Br, I-, Snc, Cn y S2

Principio de medición

Sistema de medición

Analizador Electrolítico AVL 9130

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Características 4 electrodos, uno de referencia y tres indicadores. ( Na+, K+, Cl-) Bomba peristáltica para transportar los líquidos dentro del analizador. Paquete de fluido ISE, asegura que los líquidos de desecho no se derramen. Volumen de muestra 95μl Tipo de muestra: Sangre completa, suero, plasma, orina 45 muestras por hora, con impresión de resultados

Electrodos Los electrodos son elementos de capilar de vidrio que se usan para diagnosticar “in vitro” la medida de iones que se encuentren en muestras liquidas. Esta identificado con el simbolo del electrolito para el cual es afin.

Construcción Cámara del electrodo: Plástico transparente. Capilar de medición: Vidrio sensible al electrolito. Cámara de electrolito: Sellada, llena de solución electrolítica para electrodos. Conector de pin: Plata, cloruro de plata.

Cámara de Medición

Interior del instrumento

Cámara del electrodo de referencia En la cámara del electrodo de referencia, la solución electrolítica de referencia establece contacto eléctrico entre el electrodo de referencia y la muestra. Al comienzo de cada medición, la solución electrolítica de referencia se bombea dentro de la cámara. Al mismo tiempo un capilar de vidrio permite que una pequeña cantidad del electrolito de referencia entre dentro del capilar de medición, así estableciendo un contacto eléctrico entre la muestra y el electrodo de referencia.

APLICACIONES AGRICULTURA: Nitrato, potasio calcio y cloruro en suelo. AMBIENTE: Control analítico de cianuro,fluoruro sulfuro en efluentes, aguas naturales, etc. ALIMENTOS: Nitrato y nitrito en alimentos base de carnes. Determinación de cloruros. Fluoruros en agua, bebidas etc. Calcio en leche Potasio en jugo de frutas ANALISIS CLINICOS Sodio, Calcio, potasio, cloruro en suero, Plasma, Fluoruro en estudios dentales

ELECTRODOS SELECTIVOS VENTAJAS RESPUESTA RÁPIDA ENSAYO NO DESTRUCTIVO POSIBILIDAD DE DISEÑOS ADAPTABLES NO IMPORTA COLOR DE LA MUESTRA DESVENTAJAS CONTAMINACIÓN DEL ELECTRODO INTERFERENCIAS VIDA ÚTIL LIMITADA