Потенціометричні методи дослідження в медицині - Електрохімічні методи аналізу, електродний потенціал

Метод Визначення рН, який грунтується на вимірюванні електрорушійної сили певних гальванічних елементів, називають потенціометричним. Він, порівняно з індикаторним, має ряд переваг, а саме ~ високу точність, можливість вимірювання рН багатокомпонентних систем, забарвлених та каламутних розчинів. Із розвитком електродної техніки його все ширше використовують у біології, медицині та фармації. Оскільки даний метод є неруйнівним, то його застосовують для вимірювання рН різних біологічних середовищ та органів. Не менш важливе значення має метод рН-метрії для дослідження біохімічних, ферментних та фізіологічних процесів In vitro.

Контроль рН, а також можливий на основі рН-метричної техніки контроль вмісту газів у крові - необхідні елементи наукового дослідження та лікування деяких захворювань. Потенціометричне вимірювання рН застосовують також для безперервного контролю кислотності під час хірургічних втручань, при діагностиці деяких шкірних захворювань, дослідженні нових лікарських препаратів тощо. У наш час розроблені електродні системи, які застосовують для контролю кислотності безпосередньо у травній системі людини. Для цього у шлунок хворого вводять капсулу, що містить скляний та хлоросрібний мікроелектроди або їх комбінацію. Скляні електроди різної конструкції дають можливість вимірювати рН біологічних рідин, тканин та окремих клітин.

Важливим є визначення рН середовища у процесі виробництва лікарських препаратів.

Для визначення рН потрібно скласти гальванічний елемент з двох електродів: перший - стандартний (електрод порівняння) зі сталим значенням електродного потенціалу; другий - електрод визначення (індикаторний), потенціал якого залежить від концентрації (активності) йонів Гідрогену. При потенціометричному визначенні рН найчастіше застосовується як електрод порівняння хлорсрібний, а як індикаторний - скляний електрод з водневою функцією.

Для вимірювання рН складають гальванічне коло зі скляного електрода з водневою функцією (індикаторного) і хлор срібного (електрода порівняння). ЕРС такого елемента вимірюють спеціальними приладами - потенціометрами, які дістали назву рН-метрів.

Методика визначення рН розчинів чи біологічних рідин така:

    1) Підготувати рН-метр до роботи за інструкцією з експлуатації приладу і відкалібрувати скляний електрод за серією стандартних буферних розчинів. 2) Перед зануренням електродів (скляного і хлорсрібного) у досліджуваний розчин їх потрібно промити дистильованою водою і висушити фільтрувальним папером. 3) Вибрати на приладі відповідний режим роботи і виміряти величину рН. 4) Після закінчення вимірювань електроди зберігати зануреними в дистильовану воді або в 0,1 М розчин НСl.

Потенціометричним титруванням називають метод визначення концентрації або кількості речовини за даними потенціометричних вимірів. На їх підставі будують криві титрування, за якими визначають точку еквівалентності, поблизу якої відбувається різка зміна (стрибок) потенціалу індикаторного електрода.

Потенціометричне титрування застосовують для визначення концентрацій розчинів електролітів. Класифікація потенціометричних методів аналізу така сама, що і звичайних об'ємних методів титрування. В її основу покладені різні типи хімічних реакцій: нейтралізації, осадження, комплексоутворення, окиснення-відновлення тощо.

Для потенціометричного титрування складають коло з індикаторного електрода, який занурюють у досліджуваний розчин, та електрода порівняння.

Індикаторний електрод - це електрод, який реагує на зміну в розчині активності визначуваного йона або йонів титранту. Величину його потенціалу визначають відносно будь-якого електрода, який не поляризується і потенціал якого не змінюється під час титрування. Такий електрод, що служить тільки для визначення потенціалу індикаторного електрода, називають електродом порівняння або стандартним електродом. Ними можуть бути електроди другого роду за умови збереження постійної концентрації йонів, що характеризують електродний процес. Найширшого застосування набували такі електроди порівняння: хлоросрібний, каломельний.

Використовуючи два електроди, складають гальванічний елемент, електрорушійна сила якого контролюється в процесі титрування. її зміну зображають графічно (рис. 9), де на осі ординат відкладають ЕРС, а на осі абсцис - об'єм доданого титранту.

криві потенціометричного титрування сульфатної кислоти лугом

Рис. 9. Криві потенціометричного титрування сульфатної кислоти лугом:

А - інтегральна; б - диференціальна.

Графік (рис.6 а) називають інтегральною кривою потенціометричного титрування. З цього графіка видно, що на початку титрування швидкість зміни електрорушійної сили мала, далі вона зростає, а потім знову практично не збільшується. Різка зміна електрорушійної сили, або стрибок ЕРС, що виникає внаслідок зміни потенціалу індикаторного електрода, відповідає точці еквівалентності (середина стрибка).

Якщо у розчині присутні кілька йолів, що можуть вступати у взаємодію з титрантом, то за певних умов може відбуватися їх ступінчасте осадження або нейтралізація.

На кривих титрування (рис. 10) у цьому випадку буде спостерігатися кілька стрибків ЕРС (або максимумів на диференційній кривій), кожен з яких відповідатиме нейтралізації або осадженню певного йона. Першим титрується сильніший електроліт (кислота чи основа) або йон, що утворює з йоном титранту сіль з меншим значенням добутку розчинності.

Для проведення потенціометричного аналізу сумішей кислот, основ або солей необхідно, щоб ці електроліти сильно відрізнялись за силою, бо інакше титрування суміші відбуватиметься як титрування одного компонента.

криві титрування суміші сульфатної і ацетатної кислот

Рис.10. Криві титрування суміші сульфатної і ацетатної кислот

А - інтегральна крива; б - диференціальна крива

Отже, вивчення механізму виникнення електродного, дифузійного, мембранного та окисно-відновного потенціалів та їх залежності від різних чинників дає змогу зрозуміти закономірності перебігу більшості біохімічних реакцій. Вимірювання біопотенціалів покладене в основу таких важливих діагностичних методів, як електрокардіографія, електроенцефалографія тощо, а за величиною ЕРС визначають вміст фізіологічно-активних йонів (Н3О+, К+, Na+, Са2+, СІ?, NO3? тощо) у біологічних рідинах та тканинах організму.

Електрохімічні методи аналізу знайшли широке застосування у медико-біологічних дослідженнях.

Похожие статьи




Потенціометричні методи дослідження в медицині - Електрохімічні методи аналізу, електродний потенціал

Предыдущая | Следующая