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1 Introduzione ai sensori I metodi sensoriali sono metodi chimico-fisici basati su un elemento sensibile ad un particolare analita. Esempi di elementi.

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1 1 Introduzione ai sensori I metodi sensoriali sono metodi chimico-fisici basati su un elemento sensibile ad un particolare analita. Esempi di elementi sensibili: – pHmetro, conduttimetro

2 2 Introduzione ai sensori Qualsiasi tecnica analitica basata su sensori si fonda su una particolare legge chimico-fisica capace di correlare la risposta del sensore alla concentrazione dellanalita:

3 3 Metodi Analitici in Biotecnologia Elettrochimica Lelettrochimica si occupa del flusso di elettroni tra un composto ed un altro. Le reazioni chimiche che prevedono un trasferimento di elettroni sono dette reazioni di ossido-riduzione (redox).

4 4 Elettrochimica Utilità Inoltre, lelettrochimica è una tecnica capace di spiegare la maggior parte delle reazioni biochimiche che presiedono al funzionamento degli organismi viventi quali – la fotosintesi, – la respirazione cellulare, – la trasmissione degli impulsi nervosi, – ecc.

5 5 Elettrochimica Reazioni redox Una reazione redox, o di ossidoriduzione, è una reazione chimica che avviene con cambiamento del numero di ossidazione dei reagenti dovuto a scambio di elettroni. Esempio: Glu + O2 6CO2 + 6H2O + energia

6 6 Elettrochimica Reazioni redox: definizioni Specie ridotta: La sostanza che accetta elettroni si definisce specie ridotta. Specie ossidata: La sostanza che cede elettroni si definisce specie ossidata. Ossidante: La specie chimica che tende ad acquistare elettroni, diminuendo il suo numero di ossidazione, viene detta ossidante Riducente: Di contro, una specie che tende a cedere elettroni, aumentando il suo numero di ossidazione, viene detta riducente in quanto provoca riduzione mentre lei si ossida.

7 7 Elettrochimica Equazione di Nernst In elettrochimica, l'equazione di Nernst esprime il potenziale che assume un elettrodo (E) in soluzione, relativamente al potenziale d'elettrodo standard (E°). In altre parole serve per vedere il potenziale dell'elettrodo in condizioni diverse da quelle standard.

8 8 Elettrochimica Equazione di Nernst dove: R è la costante universale dei gas, uguale a J K-1 mol-1 o L atm mol-1 K-1costante universale dei gas T è la temperatura assolutatemperatura assoluta a è l'attività chimica F è la costante di Faraday, uguale a *104 C mol-1costante di Faraday n è il numero di elettroni trasferiti nella semireazioneelettronisemireazione

9 9 Elettrochimica Equazione di Nernst Per soluzioni non troppo concentrate, a temperatura di 25°C, la relazione si può esprimere attraverso le concentrazioni e diventa:

10 10 Elettrochimica Equazione di Nernst E° è detto Potenziale Standard. È una misura della capacità di cedere o acquistare elettroni in condizioni standard: – A 25°C – Concentrazione 1 M

11 11 Elettrochimica Equazione di Nernst Per esempio per la semireazione – Cu 2+ + e - Cu La legge di Nernst assume la forma: – E=E° log [Cu 2+ ]

12 12 Elettrochimica Potenziometria I metodi potenziometrici si basano su una relazione logaritmica tra il potenziale misurato e la concentrazione di analita in soluzione.

13 13 Potenziometria Strumentazione Il dispositivo completo per la misura potenziometrica mV Elettrodo di misuraElettrodo Ref Soluzione Analita

14 14 Potenziometria Sensori elettrochimici Elettrodi di 1 a specie – Un metallo immerso nella soluzione dei sui ioni. Elettrodi di 2 a specie – Un metallo in equilibrio con un suo sale poco solubile. Elettrodi di 3 a specie – Un metallo inerte immerso in una copia redox. – Elettrodi di 4 a specie

15 15 Potenziometria Elettrodi di Riferimento Lelettro di riferimento più comune è lelettrodo a pasta di argento È formato da: - Filo di argento - Rivestimento di AgCl - Soluzione di KCl - Setto poroso

16 16 Potenziometria Elettrodi di Riferimento Lelettro di riferimento più comune è lelettrodo a pasta di argento La reazione di elettrodo è: AgCl + e - Ag + + Cl - Il potenziale di elettrodo è: E=E°+0.059log[AgCl]/[Ag][Cl - ] Che diventa: E=E°-0.059log[Cl-]

17 17 Potenziometria Elettrodo a membrana Lelettro a membrana più comune è lelettrodo a vetro. È formato da: - Filo di argento - Rivestimento di AgCl - Soluzione Tampone - Membrana di vetro

18 18 Potenziometria Elettrodo a membrana Lelettro a membrana più comune è lelettrodo a vetro. La reazione di elettrodo è: [H + ]ext [H+]int Il potenziale di elettrodo è: E=E°+0.059log[H + ]ext/[H + ]int Che diventa: E=E°+0.059log[H + ]ext oppure: E=E°-0.059pH

19 19 Potenziometria Elettrodo a membrana Il valore E° dellelettrodo a vetro è detto costante di cela. Il suo valore si determina tarando il pHmetro e varia al variare della T, dal tempo, dallo stato di conservazione della membrana, ecc.

20 20 Potenziometria Potenziale redox Un elettrodo di metallo inerte imerso in una soluzione contenente una coppia redox è detto elettrodi di 3a specie. Questo tipo di elettrodi sono usati per misurare il potenziale della coppia redox.

21 21 Potenziometria Potenziale redox Per una generica reazione redox: – OX + e - RED Il potenziale può essere previsto da: – E=E°+log[ox]/[red] Lelettrodo più usato per questo tipo di misure è lelettrodo di platino. PtRef mV


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