Electrozi

Universitatea din Piteti Electrozi 2014

Cuprins

1. Introducere ................. 22. Electrozi ion-selectivi ............................................................................................ 33. Electrozi cu membran solid i lichid ................................................................ 3a) Electrozi cu membran omogen ..................................................................... 3b) Electrozi cu membran heterogen .................................................................. 54. Aplicaiile electrozilor ion-selectiv ........................................................................ 85. Avantajele electrozilor ion-selectiv ... 86. Bibliografie .................... 91. Introducere

Senzorii poteniometrici transform concentraia speciei de determinat ntr-o diferen de potenial, n condiii de curent net zero. Se poate spune c senzorii poteniometrici sunt traductori concentraie potenial. n anumite condiii, bine definite, ei dezvolt un potenial reversibil determinat de o anumit specie prezent n sistem. n principiu, orice electrod poate fi folosit ca senzor poteniometric, potenialul sau fiind impus de diversele reacii care se desfoar pe suprafaa sa, n condiii de curent net zero.Elementul cheie n structura senzorilor poteniometrici este interfaa electrochimic la

nivelul creia se realizeaz procesul de recunoatere a speciei de determinat. Aceast interfaa se prezint cel mai adesea sub forma unei membrane.

Membrana este o faz interpus ntre alte dou faze. Ea mpiedic transportul de mas ntre acestea , dar permite trecerea , cu anumite grade de libertate a uneia sau a mai multor specii.

Reprezentarea schematic a celulei electrochimice folosite pentru efectuarea de msurtori cu electrozi ion-selectivi este redat mai jos:

Figura 2. Schema celulei electrochimice

Indicii i se refer la cele dou faze: - soluia de analizat i - membran.

Faza este constituit dintr-o soluie apoas de concentraie fix (cunoscut) care conine

un ion existent i n faza (membran). 2. Electrozi ion-selectivi

Funcioneaz pe baza echilibrului proceselor de schimb ionic i au loc la interfaa membran soluie. Electrozii ioni-selectivi sunt constituii dintr-un electrod indicator i o membran selectiv.

Datorit gradului de concentraie al analitului pe cele dou fee ale membranei selective se realizeaz transportul selectiv al analitului (ionul Ca2+) cu ajutorul ligantului selectiv. Ca umare se dezvolt o diferen de potenial care este proporional cu activitatea analitului n proba de analizat.

Senzorul msoar n mod real activitatea analitului. Deoarece se utilizeaz n mod curent soluii diluate, se poate aproxima activitatea ca fiind egal cu concentraia (a=f*c).

f coeficient de activitate

Caracteristicile electrodului ion-selectiv:- msurarea potenialului indirect;- n practic, existena potenialelor de jonciune a lichidelor;- impune calibrarea EIS cu ajutorul soluiei standard;- alte specii ionice interfereaz n determinarea analitului.Clasificarea electrozilor ion-selectiv:

Principalele clase de senzori poteniometrici (electrozi ion selectivi sau sensibili la oanumit specie chimic) sunt:

1. electrozi cu membran solid (sticl, substane cristaline, etc.);2. electrozi cu membran lichid;3. electrozi cu membran polimeric:

a. n varianta clasic cu soluie intern de referin;b. n varianta constructiv tip fir acoperit;

4. electrozi membran pentru gaze ;

5. biosenzori poteniometrici;

6. tranzistori cu efect de cmp.

3. Electrozi cu membran solid i lichidElectrozi cu membran sunt sensibili la activitatea uneia sau mai multor specii chimice.Membrana solid poate fi omogen sau heterogen.a) Electrozi cu membran omogen:Membrana se fixeaz la captul unui tub umplut cu o soluie intern de referin, se face contactul prin intermediul unui electrod intern de referin reversibil fa de unul din ionii din soluia de referin intern.

Membrana poate fi:

1. monocristal;

2. substan policristalin, ionic i greu solubil;

3. solid amorf (sticl n cazul electrodului de pH, sau de Na-sensibil).

n structura acestor membrane, gruparile active schimbtoare de ioni sunt fixe.

Electrozi cu membrana cristalinMembrana este constituit dintr-un compus ionic cu solubilitatea mic. Specia fa de care membrana este selectiv este cationul sau anionul compusului ionic.

Tabelul 1. Electrozi cu membran cristalin.Specia analitului

Materialul din care este construit membranaSpecii interferente

F-LaF3OH-

Cl-AgICN-, S2-

Ag+Ag2SS2-

Pb2+PbS+Ag2SCu2-

Exemplu de electrod ion-selectic cu membrana cristalin:Electrodul fluorur selectiv are o membran monocristal format din fluorur de lantan, LaF3. n varianta constructiv totul solid.

Figura 3. Schema unui electrod fluorur selectiv

Montaj de titrare poteniometric a ionului fluorur, F care include un alt tip de electrod; F-selectiv coninnd soluie intern de referin: soluie 0,1 M de NaF.

Figura 4. Montaj de titrare poteniometric a ionului fluorur

Electrodul de referin Ag/AgCl este un electrod cu dubl jonciune pentru a evita

osmoza KCl n soluia de dozat.

Electrodul este introdus ntr-o a doua camer ce conine un electrolit neinterferent al reaciei de titrare a ionului fluorur. Ca electrolit auxiliar se utilizeaz o soluie 1 M de KNO3, electrolit suport, frecvent folosit pentru titrarea ionilor F, Cl, CN, S2 sau Ag+.

b) Electrozi cu membran heterogen.Elementul activ este dispersat ntr-un suport fizic: cauciuc siliconic i PVC.Electrozi ion-selectivi cu membran lichidElectrozii cu membran lichid se obin prin dizolvarea materialului electroactiv ntr-un solvent organic nemiscibil cu apa i impregnarea cu aceast soluie a unui material poros. Materialul electroactiv confer membranei selectivitate fa de un anumit ion. Materialul poros este hidrofob (de exemplu grafit).

Materialul electroactiv este format din:

1. schimbtori de ioni organci, numii i ionofori pot fi sruri hidrofobe, de exemplu C+A, unde C+ este un cation organic voluminos din clasa coloranilor cationici, medicamentelor, surfactanilor cationici, iar A este un anion organic, voluminos, de exemplu picrat, tetrafenil borat etc.

2. ageni neutri de sechestrare

Figura 5. Schema unui electrod ion-selectiv cu membrane lichid

1. corpul electrodului din sticl sau polimer;

2. electrodul de referin Ag/AgCl care conine o soluie de electrolit MCl2;

3. electrolit organic-ex: nitrobenzen;

4. membran poroas.

Pentru determinarea poteniometric a ionului de Ca2+ se poate utiliza ca membran lichid un diester alifatic al acidului fosforic, (RO)2P(O)O. De o parte i de alta a membranei exist urmtoarele echilibre:

Atunci cnd concentraiile ionilor de calciu de o parte i de alta a membranei sunt

diferite, apare o diferen de potetial care se poate masur.

Electrozi cu membran polimericMembranele polimerice sunt construite de obicei sub forma unui film de policlorur de vinil. Ele au structur lacunar i conin ionofori care pot fi ionici sau neutri.

1 - corp de PVC

2 - pastil de Cu sau Ag

3 - cablu coaxial

4 - membran PVC sensibil datorit componenului electroactiv

Ali polimeri utilizai la construirea de membrane pentru senzori poteniometrici:

Comentarii generale privind electrozii ion-selectiv:

Electrodul cu membran polimeric nu trebuie s vin n contact cu solveni organici;

Nu tinei electrodul n ap pe perioade mai ndelungate de timp pentru depozitare;

Electrozii ion-selectiv combinai trebuie depozitai n diluant ISA (de reglare a trie ionic), soluie-pentru depozitare pe termen lung, astfel se elimin soluia de referin i depozitarea uscat;

Curai membranele de cristal cu un abraziv usor, apoi cltii cu ap;4. Aplicaiile electrozilor ion-selectiviUrmtoarea list cuprinde principalele domenii n care aceti electrozi au fost utilizai:

- Monitorizarea polurii: CN, F, S, Cl, NO3 etc., n eflueni i ape naturale;

- Agricultur: NO3, Cl, NH4, K, Ca, I, CN n sol, material vegetal, fertilizatori i hran pentru animale;

- Mncarea industrial: NO3, NO2;

- Sarea continut n mncare, pete, sucuri de fructe, bere;

- F n apa de but i alte buturi;- Ca n produse lactate i bere;

- K n sucul de fructe i vin;

- Efectul coroziv al NO2 n contact cu mncarea;

- Industria detergenilor: Ca, Ba, F pentru a studia efectul asupra calitii apei;- Industria hrtiei: S i Cl n lichidele de dezagregare i recuperare a unui ciclu de process;

- Explozibili: F, Cl, NO3 n materiale explozibile i combustie;

- Laboratoare biomedicale: Ca, K, Cl n fluidele corporale( snge, plasm, ser)

- F n studii osoase i dentare;- Educaie i cercetare: o gam larg de aplicaii.5. Avantajea) n comparaie cu multe alte tehnici analitice, electrozii ion-selectiv sunt relativ ieftini i uor de utilizat, au o gam extrem de larg de aplicaii i interval larg de concentraii.

b) Cele mai recente modele de ioni- membrane lichide i solide- sunt durabile i ideale pentru utilizarea n orice domeniu sau mediu de laborator.

c) n cele mai favorabile condiii, msurarea cu electrozi ion-selectivi se poate face foarte repede i uor prin scufundarea lor n lacuri sau ruri, atrnnd de un pod, sau la glisarea dup o barc.

d) Acetia sunt de nepreuit pentru monitorizarea continu a modificrilor de concentraii: n titrri poteniometrice sau monitorizarea de substane nutritive, sau consumul de reactivi.

e) n cazul n care cererile de ioni de interferen, nivelurile pH-ului, sau concentraiile mari sunt o problem, atunci muli productori pot furniza o bibliotec de specialitate cu metode experimentale i reactivi speciali pentru a depi multe dintre aceste dificulti.

f) Ei pot fi foarte precii i cu mult mai puin costisitori n comparaie cu alte metode analitice.

g) Electrozii ion-selectivi sunt una dintre puinele tehnici care pot msura att ioni pozitivi ct i negativi.

h) Ei nu sunt afectai de culoare i turbiditate;

i) Electrozii ion-selectiv pot fi utilizai n solutii apoase pe o gam larg de temperaturi. Membranele de cristal pot funciona n intervalul de la 0 C i 80C i membranele din material plastic de la 0 C la 50C. 6. Bibliografie1. http://chimie-biologie.ubm.ro/Cursuri%20on-line/MIHALI%20CRISTINA /SENZORI%20ELECTROCHIMICI/Senzori%20electrochimici.pdf ;2. Paraschiv Ionut-Gabriel 1123 A Senzori chimici si electrochimici-Facultatea de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor;3. http://www.chemistry.nmsu.edu/Instrumentation/IS_Electrod.html4. http://www.nico2000.net/Book/Guide3.htmlDioteanu Laura Mihaela Page 1Dioteanu Laura Mihaela Page 2