Elektrochemické metody

Podobné dokumenty
Konduktometrie. Potenciometrie, Iontově selektivní elektrody (ISE) Voltametrie (Ampérometrie, Polarografie)

Biosenzory Ondřej Wiewiorka

12. Elektrochemie základní pojmy

Na zaslal(a): Téra2507. Elektrochemické metody

U = E a - E k + IR Znamená to, že vložené napětí je vyrovnáváno

Galvanický článek. Li Rb K Na Be Sr Ca Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi As CU Hg Ag Pt Au

Potenciometrie. Měření rozdílu elektrického potenciálu mezi dvěma elektrodami při nulovém el. proudu

Elektrochemický potenciál Standardní vodíková elektroda Oxidačně-redukční potenciály

3. NEROVNOVÁŽNÉ ELEKTRODOVÉ DĚJE

Elektrochemie Elektrochemie je nauka o vzájemných vztazích energie chemické a elektrické. Nejlépe a nejdéle známe elektrolytický účinek proudu.

Potenciometrie. Obr.1 Schema základního uspořádání elektrochemické cely pro potenciometrická měření

instrumentální Většina instrumentálních metod vyžaduje kalibraci. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Oxidace a redukce. Hoření = slučování s kyslíkem = oxidace. 2 Mg + O 2 2 MgO S + O 2 SO 2. Redukce = odebrání kyslíku

Elektroanalytické metody

Oxidace a redukce. Objev kyslíku nový prvek, vyvrácení flogistonové teorie. Hoření = slučování s kyslíkem = oxidace. 2 Mg + O 2 2 MgO S + O 2 SO 2

Elektrody pro snímání biologických potenciálů. A6M31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Metody kalibrace. Důležité pojmy. Metoda kalibrační křivky (external standards)

Elektrody pro snímání biologických potenciálů. X31ZLE Základy lékařské elektroniky Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Oxidace a redukce. Objev kyslíku nový prvek, vyvrácení flogistonové teorie. Hoření = slučování s kyslíkem = oxidace. 2 Mg + O 2 2 MgO S + O 2 SO 2

GALAVANICKÝ ČLÁNEK. V běžné životě používáme název baterie. Odborné pojmenování pro baterii je galvanický článek.

Principy chemických snímačů

Automatická potenciometrická titrace Klinická a toxikologická analýza Chemie životního prostředí Geologické obory

= vědní disciplína zabývající se ději a rovnováhami v soustavách, ve kterých se vyskytují elektricky nabité částice

Elektrochemie. Zn, + + e. red. 1 Standardní vodíková elektroda je elektroda vytvořená z platiny, pokrytá platinovou černí, sycená plynným

Glukóza Ing. Martina Podborská, Ph.D. OKB FN Brno Zpracováno s pomocí přednášek RNDr. Petra Breineka Školní rok 2015/2016

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

AMPEROMETRIE. Princip: Instrumentace:

Elektrochemie. Pøedmìt elektrochemie: disociace (roztoky elektrolytù, taveniny solí) vodivost jevy na rozhraní s/l (elektrolýza, èlánky)

Úvod k biochemickému praktiku. Pavel Jirásek

Optické metody Absorpční fotometrie

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

E ŘEŠENÍ KONTROLNÍHO TESTU ŠKOLNÍHO KOLA

Elektrochemické Detektory, s.r.o. Ohrazenice 226 CZ Turnov

Pufry, pufrační kapacita. Oxidoredukce, elektrodové děje.

Pufrové roztoky S pufrovými roztoky TMS máte jistotu, že získáte přesné výsledky objemy: 100 ml, 250 ml, 1000 ml

Elektrochemické reakce

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta. Katedra analytické chemie Andrea Hájková, Vlastimil Vyskočil, Jiří Barek

Datum: Projekt: Využití ICT techniky především v uměleckém vzdělávání Registrační číslo: CZ.1.07./1.5.00/34.

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pořadí DUMu v sadě 08

VOLTAMPEROMETRIE. Stanovení rozpuštěného kyslíku

Úvod k biochemickému praktiku. Petr Tůma

Sešit pro laboratorní práci z chemie

III. Stacionární elektrické pole, vedení el. proudu v látkách

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH

Laboratorní práce č. 8: Elektrochemické metody stanovení korozní rychlosti

Pufry, pufrační kapacita. Oxidoredukce, elektrodové děje.

ELEKTROLÝZA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Název: Stanovení železa ve vzorcích krve pomocí diferenční pulzní voltametrie

Osnova: 1. Zdroje stejnosměrného napětí 2. Zatěžovací charakteristika

Kombinované průmyslové tlakové redoxní elektrody typu SORC-xxx

alytical standards and equipment Iontově selektivní elektrody Elektroda ion typ membrána rozsah

ŘADA KOVŮ, LP č. 1 REAKCE KOVŮ

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti ELEKTROMIGRAČNÍ METODY

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pořadí DUMu v sadě 07

ZÁKLADY OBECNÉ A KLINICKÉ BIOCHEMIE

Biosenzory. Helena Uhrová

Úvod k biochemickému. mu praktiku. Vladimíra Kvasnicová

Metody gravimetrické

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

E KONTROLNÍ TEST ŠKOLNÍHO KOLA

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Využití potenciometrie pro stanovení vybraných iontů v minerálních vodách

Elektrolyty. Disociace termická disociace (pomocí zvýšené teploty) elektrolytická disociace (pomocí polárního rozpouštědla)

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora. Pojmy Metody a formy Poznámky

Stanovení korozní rychlosti elektrochemickými polarizačními metodami

Bazénové elektrody a příslušenství pro rok 2014

Elektrochemická redukce korozních produktů na stříbře a jeho slitinách

KATALOG DIAGNOSTICKÝCH SETŮ S K A L A B 2018

Iontově selektivní elektrody (ISE)

Elektrolýza. (procesy v elektrolytických článcích) ch) Základní pojmy a představy z elektrolýzy. V rovnováze E = 0 (I = 0)

12. M A N G A N O M E T R I E

Elektrochemické Detektory, spol. s r.o. Ohrazenice 226 CZ Turnov

Stanovení kritické micelární koncentrace

Název materiálu: Vedení elektrického proudu v kapalinách

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, Vysoké Mýto

Kurz 1 Úvod k biochemickému praktiku

Transkript:

Elektrochemické metody Konduktometrie Coulometrie Potenciometrie, Iontově selektivní elektrody (ISE) Voltametrie (Ampérometrie, Polarografie) Biosenzory Petr Breinek Elektrochemie_N2012

Elektrochemie Elektrochemie se zabývá studiem závislostí elektrochemického chování roztoků na jejich koncentraci a složení. Základem je práce s elektrodami a elektrochemickými články v roztoku. Elektroda = heterogenní elektrochemický systém sestávající se z kovového vodiče (vede el.proud pomocí elektronů), který je v kontaktu s roztokem elektrolytu (vede el.proud prostřednictvím iontů) 2

Elektrochemický článek se skládá ze dvou poločlánků, tvořených např. kovovou elektrodou ponořenou do roztoku iontu elektrodového kovu. Poločlánky jsou navzájem vodivě propojeny, např. solným můstkem. V každém poločlánku se nachází oxidovaná a redukovaná složka, které spolu vytvářejí redox pár.

Měřené elektrické veličiny Napětí (potenciál, potenciální rozdíl) Proud Náboj Vodivost 4

Měřené analyty ph, pco 2, po 2 Na +, K +, Cl - Glukóza, laktát, močovina, kreatinin, Ca 2+, Mg 2+, Li +, Čistota vody Metanefríny, katecholaminy, 5

Konduktometrie Konduktometrie je elektroanalytická metoda, která umožňuje měřením vodivosti mezi dvěma elektrodami stanovovat koncentraci rozpuštěných látek. Vodivost závisí na: koncentraci rozpuštěných látek v roztoku teplotě ploše a vzdálenosti elektrod Vodivost (G) je reciproká hodnota odporu (G = 1/R) Jednotka: S (siemens) Elektrický proud je úměrný vodivosti Ohmův zákon R U I 6

Měrná vodivost Jednotka: S.m -1 (siemens/metr ) Použití: kontrola čistoty vody destilovaná H 2 O 1uS.m -1 H 2 O pro HPLC 0,1uS.m -1 počítání krevních buněk v průtokových cytometrech (hematologie),. 7

Coulometrie Coulometrie je elektroanalytická metoda, při které se měří velikost elektrického náboje (Q, coulomb) procházející mezi dvěma elektrodami. Velikost elektrického náboje je přímo úměrná oxidaci nebo redukci stanovované látky na jedné z elektrod.přenesený náboj je úměrný množství stanovované látky (Faradayův zákon) Q = z. a. F Q (množství přeneseného elektrického náboje) z (počet přenesených elektronů při redox reakci) a (množství stanovované látky v molech) F (Faradayova konstanta, 96487 coulomb/mol). 8

Oxidace a redukce Oxidace je děj, při kterém dochází ke zvyšování oxidačního čísla částice např. Fe 2+ - e - Fe 3+ ANODA Redukce je děj, při kterém dochází ke snižování oxidačního čísla částice např. Fe 3+ + e - Fe 2+ KATODA 9

Příklad: Stanovení chloridů (coulometricky) Anoda: Ag (přeměna/oxidace Ag na Ag + ) Katoda: Pt (redukce H + na plynný vodík) Mezi anodu a katodu je vložen konstantní proud (I): potom Q = I. t (coulomb = ampéry. čas) Uvolněné Ag + z anody reagují s Cl - v analyzovaném vzorku za vzniku AgCl (Ag + + Cl - AgCl) V okamžiku, kdy jsou všechny Cl - vázány v AgCl, dojde k prudkému nárůstu proudu způsobenému uvolněnými Ag +, titrace se zastaví. Koncentrace Cl - se vypočítá z doby titrace (čas) 10

Chloridový titrátor- schema měření 11

Potenciometrie Potenciometrie je elektroanalytická metoda založená na měření rozdílu elektrického potenciálu (napětí) mezi dvěma elektrodami (oxidačně-redukční reakce) při nulovém elektrickém proudu. Elektrodou rozumíme kontakt dvou nebo více navzájem nemísitelných fází, na jejichž rozhraní může docházet k redoxním reakcím nebo výměně elektricky nabitých částic. Výsledkem je potenciálový rozdíl mezi fázemi. 12

Elektrody Referenční elektrody (porovnávací, vztažné) konstantní potenciál vodíková elektroda (E = 0 V) Pt/vodík kalomelová elektroda (E = 0,242 V) Hg/kalomel argentchloridová elektroda Ag/AgCl Indikační elektrody (měřící) Nejčastěji ISE elektrody skleněná elektroda (H + = ph, Na + ) PVC membránové elektrody (K +,Na +,Ca 2+,Mg 2+,Li +,Cl -, CO 2 ) 13

Iontově selektivní elektrody Selektivitou ISE se rozumí, že membránový potenciál není závislý jen na aktivitě jediné elektricky nabité částice v proměřovaném roztoku, ale že na jeho hodnotě se mohou podílet i další ionty. membrán a Měřící systém tvoří: ISE (měřící) elektroda Srovnávací (referentní) elektroda

Iontově selektivní elektrody (ISE) Membrány s iontově-výměnnými místy Skleněné (H +, Na + ) S polymerní membránou (CO 2, O 2, NH3) Kapalné (K +, Ca 2+ ) Biosenzory (močovina, glukóza, laktát, ) Krystalické 15

Skleněná elektroda je tvořena tenkou skleněnou membránou, která z jedné strany obsahuje argentchloridovou elektrodu a pufr o konstantní hodnotě ph a z druhé strany je prostředí měřeného vzorku. Na fázových rozhraních vzniknou potenciálové rozdíly, které se měří pomocí referenční elektrody. Potenciál vzniká výměnou iontů mezi roztokem a membránou (iontově selektivní elektroda, ISE). 16

Měření ph, skleněná elektroda 17

18

ISE: stanovení K + Iontově selektivní membrána obsahuje specifický nosič draselných iontů, kterým je neionogenní makrocyklické antibiotikum valinomycin rozpuštěné v dioktyladipátu na porézním PVC nosiči. Jako nosič může sloužit také teflon 19

ISE: stanovení Na + Skleněná elektroda Dále se používají tzv. crown étery integrované do plastové membrány Směs několika ionoforů ( koktail) Stanovení Na + v pevné fázi 20

Elektroda na měření CO 2 (Severinghaus) Modifikovaná ph elektroda Skleněná elektroda oddělena od měřeného prostředí membránou propouštějící CO 2 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO - 3 21

Biosenzory Biosenzor je analytický přístroj, v principu ISE, obsahující bioreceptor a fyzikálně-chemický převodník. Bioreceptory jsou molekuly, často enzymy, které rozpoznávají látku, která má být analyzována. Důležitou částí je i nosič bioreceptoru. Biokatalytické Bioafinitní (imunosenzory) Převodník (elektrochemický, optický) potenciometrické biosenzory amperometrické biosenzory

Stanovení močoviny (biosenzor) 23

Voltametrie Ampérometrie je elektroanalytická metoda založená na měření změn mezi proudem a napětím při změně potenciálu indikačních elektrod. 24

Ampérometrie Ampérometrie je elektroanalytická metoda založená na měření elektrického proudu při konstantním napětí. Využívá se skutečnosti, že některé látky mohou být oxidovány nebo redukovány na inertní kovové elektrodě, na kterou je vložen určitý elektrický potenciál, ten způsobí buď oxidaci nebo redukci, výsledkem je elektrický proud, který se měří. 25

Polarografie Polarografie je elektrochemická analytická metoda založená na měření změn elektrického proudu (intenzity elektrického proudu) v roztoku s různými ionty při plynule se zvyšujícím napětím pomocí dvojice rtuťových elektrod Indikační elektroda (kapková Hg elektroda, polarizovatelná = změna potenciálu vlivem proudu) Hg - elektroda (vrstva Hg) 26

Prof.Ing.Jaroslav Heyrovský objevitel polarografie za svůj objev z roku 1922 obdržel v roce 1959 Nobelovu cenu 27

Proud Polarografická křivka (polarogram) kvalitativní i kvantitativní stanovení kvantita Půlvlnný potenciál Napětí 28

Kyslíková elektroda měření O 2 (Clark) Měření proudu za konstantního potenciálu (-630mV = redukční potenciál O 2 ) Proud je mírou koncentrace stanovovaného analytu (změna proudu je úměrná počtu molekul O2) Vložené napětí Ampérometr Ag + Cl- = AgCl + e - Ag/AgCl - anoda Vrstva AgCl Katalyzátor Pt čerň Vzorek NaCl + OH- = NaOH + Cl - Roztok elektrolytu Pt drát - katoda 0 2 + 2H 2 O + 4e - = 4OH - Membrána propustná pro O 2 29

Biosenzory: stanovení glukózy β-d-glukóza + O 2 + H 2 O D-glukonolakton + H 2 O 2 glukózaoxidáza (GOD) H 2 O 2 2H+ + O 2 + 2e 1.Stanovení H 2 O 2 přímá oxidace leukobází na barevné produkty oxidační kopulace mezi aromatickými aminy a fenoly katalyzovaná peroxidázou (POD) elektrooxidace H 2 O 2 - ampérometrická detekce signálu 2.Měření úbytku O 2 ampérometrická detekce pomocí Clarkovy elektrody 3. Ampérometrické měření signálu s novými elektronovými akceptory elektronů místo kyslíku, tzv. mediátory (ferroceny, chinony)

Glukosový a laktátový analyzátor EBIO plus - Eppendorf

Biosenzory: stanovení laktátu a) Polarografie (amperometrie) Měrná elektroda je potažena laktátoxidázou (odtud název laktátová elektroda). Při konstantním potenciálu (přepětí) je vzniklý proud úměrný koncentraci peroxidu vodíku. L-laktát + O 2 pyruvát + H2O2 H2O2 2H + + O2 + 2e Elektroda je vlastně modifikací Clarkovy kyslíkové elektrody. Laktátový senzor obsahuje většinou čtyři elektrody: platinovou měrnou elektrodu potaženou laktátoxidázou srovnávací argentchloridovou elektrodu platinovou elektrodu určenou ke stabilizaci konstantního potenciálu platinovou elektrodu bez enzymu sloužící ke stanovení interferujících látek 32