SEMINARIO Nº 2.Jefes de TP a cargo: Farm. Lucía Foglia

Farm. Silvia Iglesias

Bioq/Farm. Gisela Álvarez

Temario:

• Potenciometría indirecta

• Titulaciones en medio no acuosoTitulaciones en medio no acuoso

• Métodos dinámicos

Determinación de punto final en volumetríasDeterminación de punto final en volumetrías

Biosensores amperométricos

D t t ét iDetectores amperométricos

MÉTODOS ELECTROANALITICOSMÉTODOS ELECTROANALITICOS

hoy →hoy →yhoy →

POTENCIOMETRÍA INDIRECTA / TITULACIONES POTENCIOMÉTRICAS

Ventajas

• Posibilidad de analizar muestras turbias o l dcoloreadas

•Fácil de automatizar

DesventajasDesventajas

•Tiempo

•Costo•Costo

Es necesaria la calibración del electrodo?Es necesaria la calibración del electrodo?

Vol. Valorante (ml) E vs SCE (mV) ΔE/ΔV (mV/ml) Δ2E/ΔV2 (mV/ml2 )5 6215 520 10721 11721,5 12722 14022 1 14822,1 148

(158-148)/(22.2-22.1)= 10022,2 158 140-100=40

(172-158)/(22.3-22.2)= 14022,3 172 180-140= 40

1380(660+720).........0,1 ml22,3 172 180 140 40

18022,4 190 120

30022,5 220 660

660......... .....X ≈ 0,05 ml

Volumen correspondienteal punto final es: 22 55 ml960

22,6 316 -720240

22,7 340 -230110

al punto final es: 22,55 ml.

11022,8 351 -4022,9 358 7023 36223 5 37423,5 37424 38025 39027 40029 40631 408

5.00

1200

14.00 6.00

Va 3.00

4.00

8.00

10.00

12.00

a)/ Δ

V a

2.00

4.00

ΔpH

/ ΔV

2.00

pH

4.00

6.00

Δ(Δ

pH/ Δ

Va

-2.00

0.00

0 5 10 15 20 25 300.00

1.00

0 5 10 15 20 25 300.00

2.00

0 5 10 15 20 25 30-6.00

-4.00

Volume of 0.09270N NaOH (ml)

Fig. The 1st derivative experimental titration curve.

0.06860N KHP 25.00ml vs 0.09270N NaOH

Volume of 0.09270N NaOH (ml)

Fig. Experimental titration curve.

0.06860N KHP 25.00ml vs 0.09270N NaOH

Volume of 0.09270N NaOH (ml)

Fig. The 2nd derivative experimental titration curve.

0.06860N KHP 25.00ml vs 0.09270N NaOH

TITULACIONES EN SOLVENTES NO ACUOSOS

1 -REACTIVOS O PRODUCTOS INSOLUBLES EN AGUA.1. REACTIVOS O PRODUCTOS INSOLUBLES EN AGUA.

2 REACTIVOS O PRODUCTOS QUE REACCIONAN CON EL2.-REACTIVOS O PRODUCTOS QUE REACCIONAN CON ELAGUA.

3.-EL ANALITO ES UN ÁCIDO O UNA BASE DEMASIADO DÉBILPARA TITULARSE EN AGUAPARA TITULARSE EN AGUA.

4.-SON MEZCLAS DE ÁCIDOS O BASES FUERTES EN AGUA YLOS QUIERO DIFERENCIAR.

Propiedades ácido-base del Constante de

Comportamiento

ácido base del solvente en

relación con el soluto

Constante de autoprotólisis del solvente

ácido-base de un soluto en un

solvente

Constante dieléctrica del

solvente

ÁCIDO BASE

1. De las propiedades ácido-base del solvente en relación al soluto

ÁCIDO BASE

Cede H+ Acepta H+

Para que exista una manifestación de acidez o basicidad se deben enfrentar dos sistemas antagónicosenfrentar dos sistemas antagónicos

A1 B1 + H+

B2+ H+ A2B2 H A2

A1+ B2 B1 + A2

ClH Cl- + H+ ClH Cl- + H+

NH3 + H+ NH4+ H2O + H+ H3O+

Los fenómenos ácido-base dependen en gran medida de

ClH + NH3 Cl- + NH4+

ClH + H2O Cl- + H3O+

Los fenómenos ácido-base dependen en gran medida de la naturaleza del solvente y del soluto.

CLASIFICACIÓN DE SOLVENTES

ANFIPRÓTICOS: Actúan como ácido o base. Presentan autoprotólisis

• Anfipróticos propiamente dichos

• Protofílicos

APRÓTICOS O INERTES: No muestran propiedades ácido/base o

• Protogénicos

tienen propiedades básicas definidas pero sin propiedades ácidas.

Ejemplo: piridina

= acidez que el agua (Anfipróticos p.d.)

H2O CH3CH2OH CH3OH

2 H O H O + + HO -2 H2O H3O + + HO

2 CH3CH2OH CH3CH2OH2+ + CH3CH2O -

> acidez que el agua (protogénicos)

CH3COOH

2 CH3COOH CH3COOH2+ + CH3COO -

< acidez que el agua (protofílicos)g

NH3 NH2CH2CH2NH2

2 NH3 NH4+ + NH2

-

Efecto nivelador y capacidad diferenciadora de un solvente

ÁC OS S SÁCIDOS BASES

HClO4 HCl CH3COOH H2O NH3 NaOH

Fuerte Fuerte Débil Neutra Débil Fuerte

Efecto diferenciador

Efecto diferenciadorEfecto nivelador

ÁCIDOS BASES

HClO HCl CH COOH H O NH NaOH

Fuerte

HClO4 HCl CH3COOH H2O NH3 NaOH

Fuerte Débil Neutro Débil Fuerte

Efecto nivelador

Ef t dif i d

Efecto diferenciador

Efecto diferenciador

Conclusión

En un solvente ácido las bases exaltan su basicidad y los ácidos se debilitan.

En un solvente básico los ácidos exaltan su acidez y las bases se debilitan.

2. De la constante de autoprotólisis del solventeSH + SH SH + + S- [SH +] [S-]=Ks

KSOLVENTE

SH + SH SH2+ + S- [SH2 ] [S ]=Ks

[H3O+][OH-]=[H+][OH-]=Kw=Ks=1.00 x 10-14

agua 14.0etanol 19.1

pKSSOLVENTE

Menor ks

metanol 16.7ácido acético 14.5ácido fórmico 6 2

Mayor pks

Mayor poder diferenciadorácido fórmico 6.2

etilendiamina 15.3

INTERVALO ÚTIL

diferenciador

INTERVALO ÚTILagua pH 4 - pH 10 (6 unidades)Etanol pEtOH2

+ 4 - pEtOH2+ 15 (11 unidades)

Cuanto menor es la Ks de un disolvente, mayor es elintervalo de fuerzas ácidas o básicas que pueden existir enese disolvente y tanto mayor será su poder diferenciador.

3. De la constante dieléctrica del solvente

HA + HS H2S+ A- H2S+ + A-

ionización disociación

HA HS H2S A H2S Apar iónico

La fuerza de atracción (F) entre dos partículas cargadas, está dadapor la ley de Coulomb:por la ley de Coulomb:

F =q1q2

D r 2

D= Facilidad de disociación de un par iónico

Solvente D 25ºC78 5agua 78,5

etanol 24,3ácido acético 6,1

til di i 12 5etilendiamina 12,5metilisobutilcetona 13,1acetona 20,7b 2 3benceno 2,3

Ácido acético Ka (H2O)=1,8 10-5Ácido acético a ( 2 )

Ka (EtOH)=2,0 10-14

Fenilamina Kb (H2O)=4,6 10-10

K (EtOH) 4 8 10 11Kb (EtOH)=4,8 10-11

A > D del solvente > efecto nivelador sobre el soluto

Propiedades de los solventes apróticos

Solvente:Metilisobutilcetona

Valorante: Hidróxidode tetrabutilamoniode tetrabutilamonioen isopropanol

Elección de disolvente para valoraciones ácido-base

1) Es deseable un valor pequeño para su K1) Es deseable un valor pequeño para su K

2) Según sus propiedades ácidas o básicas :

Para valorar una base débil disolvente ácidoPara valorar una base débil disolvente ácido

Para valorar un ácido débil disolvente básico

3) Constante dieléctrica3) Constante dieléctrica

DETECCIÓN DEL PUNTO FINAL

Es similar a la detección en un medio acuoso.

INDICADORES VISUALES

Los intervalos de pH y los colores de los indicadores, sonLos intervalos de pH y los colores de los indicadores, sondiferentes que en agua y dependen del solvente.

Á ÁBases en Ácido Acético Ácidos en EtilendiaminaVioleta Cristal Azul de Timol

Violeta de Metilo Violeta AzoAzul de Oracet B

POTENCIOMÉTRICAMENTE

Para soluciones coloreadas, turbias.Para soluciones coloreadas, turbias.

ACIDIMETRIASACIDIMETRIAS

V l dValorandos:• Ácidos carboxílicos• Aminoácidos• Fenoles• Sulfonamidas• Sales de aminas• Sales de aminas

Solventes:• Protofílicos: etilendiaminas, DMF, n-butilamina• Anfipróticos: alcohol isopropílico• Apróticos: piridina, metilisobutilcetona, metiletilcetonaApróticos: piridina, metilisobutilcetona, metiletilcetona• Mezclas: benceno-metanol

V l tValorantes:• Metóxido de sodio o etóxido de sodio• Hidróxidos de tetraalquilamonio (hidróxido de tetrabutilamonio)q ( )

Patrón primario:• Ácido benzoico• Ácido benzoico

BASIDIMETRIASBASIDIMETRIAS

V l dValorandos:• Aminas• Aminoácidos• Aniones de ácidos débiles• Clorhidratos, bromohidratos o iodohidratos de alcaloides y bases

nitrogenadas (con agregado de (Ac)2Hg)nitrogenadas (con agregado de (Ac)2Hg)

2RNH2.ClH 2RNH3+ + 2Cl-2RNH2.ClH 2RNH3 2Cl

2Cl- + (Ac)2Hg Cl2Hg + 2Ac-

2ClO4H + 2AcH 2AcH2+ + 2ClO4

-4 2 4

2Ac- + 2AcH2+ 4AcH

Solvente: Ácido acético glacialSolvente: Ácido acético glacial

Valorante: Ácido perclórico disuelto en ácido acético glacial

Patrón primario: biftalato de potasio

ACIDIMETRIA: SV BASICOS EXALTAN ACIDEZACIDIMETRIA: SV BASICOS EXALTAN ACIDEZ

Agua Etilendiamina/Butilamina/DMF

BASIDIMETRIA (TP): SV ACIDOS EXALTAN BASICIDADBASIDIMETRIA (TP): SV ACIDOS EXALTAN BASICIDAD

Agua Ac. acético

800

700

600

-

-

-

800

700

600

-

-

-600

500

400

300

200

-

-

-

-

-

E(m

V)

600

500

400

300

200

-

-

-

-

-

E(m

V)

100

0

-

-

ml valorante

-----

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

100

0

-

-

ml valorante

-----

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0

Benzoato de sodio Benzoato de sodio

MÉTODOS DINÁMICOSMÉTODOS DINÁMICOS

Hay pasaje de corriente en el sistema

Pueden realizarse a:P t i l t t• Potencial constante o…

• Corriente constante

Según el área electrodo/volumen de la solución:• Pequeña → no hay cambios apreciables de concentración de las especies

quimicas en solución Ej: amperometrías voltamperometríasquimicas en solución. Ej: amperometrías, voltamperometrías.• Elevada → conversion total del analito en una especie con otro número de

oxidación. Ej: coulombimetrías.

LA CORRIENTE CIRCULA DEBIDO ALA CORRIENTE CIRCULA DEBIDO A…

Procesos farádaicos: requieren constante transferencia de masa por• Convección• Convección• Migración• Difusión

“El electrón abandona la superficie del electrodo y se transfiere a una especie en solución”

Q : F n eqProcesos no Farádaicos: cuando el electrón alcanza la interfase de la

disolución permanece en la superficie del electrodo formando la doble capa eléctrica

Q : F. n eq.

eléctrica.

ETAPAS DEL PROCESO ELECTRÓDICO1- Transferencia de materia desde el seno de la solución a la interfase.

2- Transferencia de electrones en la superficie del electrodo.

3- Abandono de la interfase del producto de reacción

En una semicelda se pueden distinguir tres zonas que permiten explicar las causas de la polarización:

• LA SUPERFICIE DEL ELECTRODOLA SUPERFICIE DEL ELECTRODO

• EL SENO DE LA DISOLUCIÓN

• CAPA SUPERFICIAL O INTERFASE (REGIÓN INTERMEDIA ENTRECAPA SUPERFICIAL O INTERFASE (REGIÓN INTERMEDIA ENTRE LAS ANTERIORES)

Electrodo Capa superficial Seno de la solución

Transferencia

Electrodo Capa superficial Seno de la solución

Reacción Cambio de

estado físicode masasquímica

Ox OxOx+Ox+

Transferencia n e-de electrones

Red RedRed-Red-

Transferencia de masas

Reacción química

Cambio de estado físico

…Cuando se transporta electricidad en corriente continua a través de una celda electroquimica, el potencial de celda medido difiere del teorico…

¡¿Por qué?!¡¿Por qué?!

Por la resistencia ohmica y efectos de polarizacion.

¿QUE ES LA POLARIZACIÓN?¿QUE ES LA POLARIZACIÓN?

Se dice que una celda esta polarizada cuando NO hay una relación lineal entre el potencial de celda y la intensidad de corriente.

Orígenes de la polarizaciónOrígenes de la polarización

Polarización de reacción

Polarización de transferencia de carga

Polarización de concentración

Polarización de adsorción, desorción o cristalización

Electrodo polarizado ideal Electrodo no polarizado idealElectrodo polarizado ideal Electrodo no polarizado ideal

• La corriente se mantiene cte ei d di t d l t i l

• Aquel cuyo potencial seti t i d di tindependiente del potencial en

un intervalo dado. No seproduce cambio alguno en latransferencia de cargas entre la

mantiene cte e independientede la intensidad de corrienteeléctrica que circula a travésde la solucióntransferencia de cargas entre la

solución y él.de la solución.

Un ejemplo de sistema electroquímicamente “lento” es el del agua Esta molécula puede oxidarse a oxígenoagua. Esta molécula puede oxidarse a oxígeno

2H O O 4H 4 4 OH O 2H O 42H2O O2+ 4H+ + 4e- 4 OH- O2+2H2O + 4e-

O reducirse a hidrógeno

2H2O + 2e- H2 + 2OH- 2H+ + 2e- H2

Necesita potenciales mucho mayores o mucho menores que susNecesita potenciales mucho mayores o mucho menores que sus potenciales redox para que se lleve a cabo su oxidación o reducción a una velocidad visible.

Por ello, es posible trabajar con un electrodo en un amplio rango de potencial sin que se produzcan reacciones por parte del agua.

MÉTODOS AMPEROMÉTRICOSMÉTODOS AMPEROMÉTRICOS

L t í tili l did d i t lé t i t éLa amperometría utiliza las medidas de corriente eléctrica que pasa a través de una disolución para producir una oxidación o una reducción del analito.

Se utilizan dos tipos de métodos amperométricos:

• a potencial variable → se miden con la corriente como una función dela potencial variable → se miden con la corriente como una función del potencial del electrodo de trabajo de una celda de tres electrodos.

• a potencial fijo → se miden los cambios de la intensidad de corriente• a potencial fijo → se miden los cambios de la intensidad de corriente manteniendo fijo el potencial en el electrodo de trabajo.

USOS DE LOS MÉTODOS AMPEROMÉTRICOS

1 D t ió d l t fi l tit l i l ét i

USOS DE LOS MÉTODOS AMPEROMÉTRICOS

1. Detección del punto final en titulaciones volumétricas.

2. Sensores químicos basados en detección amperométrica, como losdesarrollados para la detección de gases El ejemplo más claro es eldesarrollados para la detección de gases. El ejemplo más claro es elsensor de oxígeno de Clark. También entran en esta categoría losbiosensores con detección amperométrica, como por ejemplo el electrodopara la determinación de glucosa en sangrepara la determinación de glucosa en sangre.

3. Detectores de especies con propiedades electroactivas a la salida de unsistema de flujo continuo como un sistema cromatográfico (HPLC consistema de flujo continuo como un sistema cromatográfico (HPLC condetección electroquímica)

1 TITULACIONES AMPEROMÉTRICAS1. TITULACIONES AMPEROMÉTRICAS

Tit l i ét i d i l t d té i d t• Titulacion amperométrica con dos microelectrodos o técnica de punto muerto

Se realiza con dos electrodos inertes idénticos, como pueden ser los de platino, sumergidos en la solución a valorar en constante agitación.

La polarización de uno o ambos microelectrodos será (en general) de origen cinético, debido a la ausencia de especies capaces de ceder o aceptar , p p pfácilmente electrones.

Esta condición puede ser medida de varias maneras:Esta condición puede ser medida de varias maneras:1. Medición de corriente: se aplica un voltaje constante de baja magnitud

entre los microelectrodos y se mide la corriente en el circuito.

2. Medicion de voltaje: se fuerza el pasaje de corriente constante y pequeña y se mide la diferencia de potencial necesaria para producir

dicha corriente.

• Titulacion amperométrica simpleSe utiliza un potenciostato de 3 electrodosSe utiliza un potenciostato de 3 electrodos. El potencial del electrodo de trabajo se controla en relación al electrodo de

referencia.La corriente pasa entre el electrodo de trabajo el a iliarLa corriente pasa entre el electrodo de trabajo y el auxiliar.

Para corregir la caída óhmica y lasmodificaciones por polarización, serealiza un montaje de tres electrodos.jLa diferencia de potencial se mide conun voltímetro de gran impedancia, porlo que la i que circula entre el indicadory la referencia es 0, y la caída óhmicatambién.

Si se grafica la corriente en función del volumen de valorante agregado seobtiene una curva de titulación cuya forma dependerá de la electroactividadde reactivos y productos.

ANALITO ELECTROACIVO

VALORANTE ELECTROACIVO

ANALITO Y VALORANTE

ELECTROACIVOS

EJEMPLO TP

Se quiere cuantificar acido ascorbico. El punto final en las valoraciones se puede determinar por:

1 C l i t í1. Colorimetría2. Amperometría simple3. Punto muerto

Reaccion de valoracion del acido ascorbico:

C6H8O6 C6H6O6 + 2H+ + 2e-

I3− + 2e- 3I−IO3

- = 3I3- = 6e-

El reactivo (I2) se genera in situ a partir de IO3- y I-

2IO3- + I- + 12H+ +10 e- I3- +6H2O

(3I- I3- + 2e- )x5

IO3- +8I- +6H+ 3I3- +3H2O

¿QUE OCURRE EN LOS ELECTRODOS?¿QUE OCURRE EN LOS ELECTRODOS?

A t d l P t d E i l iAntes del Punto de Equivalencia

i Cátodo Ánodo

KIO

3

e- e-

K

v

ml vte

I-H2v I-

I2H+

H2

ml vteAsc (red), K+, I-, Asc (ox), H+

LENTO!!

sc ( ed), , , sc (o ),

¿QUE OCURRE EN LOS ELECTRODOS?¿QUE OCURRE EN LOS ELECTRODOS?

D d l P t d i l iDespues del Punto de equivalencia

iCátodo Ánodo

KIO

3

e- e-

K

ml vteI-I-

vI-

I2I2

I-

ml vte K+, I-, Asc (ox), H+, I2ml vte

2 BIOSENSORES2. BIOSENSORES

Q é Bi ?¿Qué es un Biosensor?Los biosensores son dispositivos que involucran la selectividad y especificidad

de sistemas biológicos y la capacidad de un transductor electrónicopara convertir la información biológica en una señal procesable.

Usualmente el componente biológico de un biosensor es una macromolécula que reconoce una estructura complementaria.

En los biosensores amperométricos la medida se efectúa aplicando unEn los biosensores amperométricos la medida se efectúa aplicando un potencial constante al electrodo de trabajo con respecto a un electrodo de referencia y en general se emplea un tercer electrodo (contraelectrodo) registrando la corriente que circula entre el primero y el último.registrando la corriente que circula entre el primero y el último.

ELEMENTOS BÁSICOS DE UN DETECTORELEMENTOS BÁSICOS DE UN DETECTOR

D t t t d i d ñ l• Detector → transduccion de señales• Enzima → Catalisis de reaccion• Mediador → transferencia de electrones

BIOSENSORES AMPEROMÉTRICOSBIOSENSORES AMPEROMÉTRICOS

Có ti l d t d l d l bi h ll lCómo un caso particular dentro del area de los biosensores se hallan los electrodos enzimaticos, en particular, los electrodos enzimaticos amperometricos.

ESPECIFICIDAD SENSIBILIDAD

DETECTORDETECTOR ELECTROQUIMICOENZIMA

Ej l Bi d GlEjemplo: Biosensor de Glucosa→ Fundamento

GOX

La enzima (Glucosa oxidasa) cataliza la oxidación de la β-D-glucosa ( ) β g(que debe encontrarse en su forma tautomérica lineal) a ácido glucónico. La enzima en cuestión se reduce en este paso, siendo reoxidada por el mediador, el cual transfiere los electrones que provienen de la oxidación de la glucosa, al electrodo. De esta forma se obtiene una señal eléctrica, que permite determinar la concentración de glucosa en sangre.

Componentes:Componentes:•Soportes y aislantes.•Material conductor: pasta de partículas de carbón El t d d f i A /A Cl•Electrodo de referencia: Ag/AgCl

•Electrodo de trabajo activo: contiene enzima y mediador •Electrodo de trabajo pasivo: solamente contiene mediador y aditivos Cumple la función de restar la corriente proveniente deaditivos. Cumple la función de restar la corriente proveniente de sustancias interferentes reductoras tales como ácido ascórbico (vitamina C), o sea que se trata de un blanco que no contiene la enzima (glucosa oxidasa). (g )

METODOS DE INMOBILIZACION DE ENZIMAS

MEDIADORES REDOX MAS COMUNES

3. DETECTORES AMPEROMETRICOS

• Alta sensibilidad (10-9 a10-10 M)

•Moderada selectividad

•Extensa aplicabilidad

DETECTOR AMPEROMETRICO PARA HPLC

OPTIMIZACIÓN DEL POTENCIAL DE TRABAJO:Voltamperograma hidrodinámico

LA ELECCIÓN DEL POTENCIAL DE TRABAJO ES UN COMPROMISO ENTRE SENSIBILIDAD, SELECTIVIDAD Y REPRODUCIBILIDAD.

FINFIN