Электрохимия. Потенциометрия

Потенциометрический анализ.

Потенциометрическое титрование, сущность метода, значение для биологии и медицины.

Живой организм можно рассматривать с точки зрения электрохимии как систему, состоящую из клеток и межклеточного пространства, заполненного раствором электролитов.

Все биологические ткани и жидкости обладают определенной электрической проводимостью.

В медицинской практике широко применяют методы электродиагностики и электролечения, основанные на использовании электрической проводимости тканей организма и ответных реакций на электрическое воздействие.

В биологических системах образование и разрушение двойного электрического слоя на клеточных мембранах сопровождается распределением электронных импульсов вдоль нервных и мышечных волокон.

Как правило, поверхность живых клеток и тканей имеет значительный отрицательный заряд за счет ионогенных групп макромолекул белков, находящихся на поверхности.

Отрицательный заряд макромолекул белков обусловлен тем, что рН большинства сред организма превышает изоэлектрическую точку белков. Под действием электростатических сил к отрицательно заряженной поверхности клеточных мембран и тканей будет подходить положительно заряженные ионы Nа⁺, K⁺, Са²⁺ и др., что приведет к возникновению двойного электрического слоя.

В биологических системах образование и разрушение двойного электрического слоя на клеточных мембранах сопровождает изменения проницаемости клеточных мембран и распространения электрических импульсов вдоль нервных и мышечных волокон.

К электрокинетическим методам анализа относят методы, основанные на электрохимических явлениях: изменение ЭДС или рН раствора, сопротивления системы или ее проводимости.

Электрохимические методы анализа широко используют в медико-биологических исследованиях для качественного и количественного определения в биологических жидкостях электролитов, белков, гормонов, витаминов, ферментов и других веществ; определения степени насыщенности крови кислородом, состава выдыхаемого воздуха, определения вредных веществ в сточных водах и воздухе промышленных предприятий.

Потенциометрией называют физико-химический метод анализа, позволяющий определять концентрации ионов на основе измерения электродвижущей силы гальванической цепи, содержащей исследуемый раствор.

Для потенциометрических измерений составляют гальванический элемент из двух электродов: электрода сравнения и индикаторного; потенциал последнего зависит от концентрации (активности) анализируемых ионов. Например:

Стекл. электрод | H⁺(НСl), рН-? || КСl_насыщ., АgСl |Аg

Различают прямую потенциометрию и потенциометрическое титрование.

Прямая потенциометрия применяется для непосредственного определения концентрации различных ионов в растворе.

Потенциометрическое титрование – это метод анализа, в котором точка эквивалентности определяется по изменению в ходе титрования электродвижущей силы гальванической цепи, содержащей анализируемый раствор. Потенциометрическое титрование состоит в том, что к анализируемому раствору, в который опущены индикаторный и стандартный электроды, порциями добавляют титрант и после каждого добавления измеряют электродвижущую силу гальванической цепи. По результатам титрования строят кривую титрования.

Для более точного нахождения объема рабочего раствора в момент эквивалентности пользуются дифференциальной кривой титрования. Её рассчитывают по изменению ЭДС и объема титранта в процессе титрования. График строят в дифференциальных координатах. В этом случае кривая титрования имеет максимум, соответствующий моменту эквивалентности.

Кривые потенциометрического титрования:

А — кривая титрования сильной кислоты сильным основанием;

Б — дифференциальная кривая титрования.

По кривой титрования находят точку эквивалентности и объем рабочего раствора, который пошел на титрование. На основании закона эквивалентов рассчитывают концентрацию вещества в исследуемом растворе.

Методом потенциометрического титрования анализируют не только истинные растворы, но и мутные, окрашенные, коллоидные системы.

Метод потенциометрии позволяет объяснить механизм генерирования и распространения нервных импульсов, природу реакций биологического окисления и гидролиза. Метод прямой потенциометрии применяют для клинического анализа на ионы Н⁺, К⁺, Na⁺, Ca²⁺, Cl^-, I^-, HS^- и других в биологических жидкостях, растворах лекарственных препаратов и солевых кровезаменяющих жидкостях, на молекулы глюкозы, мочевины, аминокислот, а также для контроля окружающей среды.

Контрольные вопросы

1. Понятие о двойном электрическом слое (ДЭС). Механизм образования. Термодинамика ДЭС.

2. Уравнение Нернста, его анализ. Электродный потенциал. Стандартный электродный потенциал.

3. Стандартный водородный электрод, его устройство, электродная реакция, значение.

4. Гальванические цепи для определения стандартных электродных потенциалов.

5. Электроды сравнения. Хлорсеребряный электрод, его электродная реакция, электродный потенциал.

6. Электроды определения. Стеклянный электрод, его электродная реакция, электродный потенциал.

7. Ионселективные электроды и их применение в медико-биологических исследованиях.

8. Потенциометрический анализ. Потенциометрическое титрование, сущность метода, значение для биологии и медицины.