Elettrodi iono-selettivi: come funzionano e le loro proprietà
Gli elettrodi iono-selettivi sono sensori che trasformano l’attività di uno ione presente in soluzione in un potenziale correlato all’attività dello ione seguendo l’equazione di Nernst. Questi elettrodi sono utilizzati nelle misurazioni potenziometriche per determinare le concentrazioni delle specie ioniche in soluzione all’interno di una cella elettrochimica.
Indice Articolo
Cosa sono gli elettrodi iono-selettivi
La cella è composta da un elettrodo indicatore e un elettrodo di riferimento. Mentre il potenziale dell’elettrodo di riferimento rimane costante, il potenziale dell’elettrodo indicatore fornisce informazioni quantitative sull’analita in studio.
Proprietà degli elettrodi iono-selettivi
Gli elettrodi iono-selettivi sono altamente selettivi nei confronti di specifici ioni, anche in presenza di altre specie. Questa selettività è determinata dalla membrana che costituisce la parte caratterizzante dell’elettrodo. All’interno della membrana, vi è una soluzione di riferimento con una concentrazione nota dello ione target.
Il passaggio di ioni attraverso la membrana da soluzioni ad attività diverse porta a una differenza di potenziale secondo il principio dell’energia libera. Questa variazione è legata al lavoro elettrico all’interno della cella, e il potenziale generato fornisce informazioni sulle concentrazioni degli ioni in soluzione.
Tipologie di elettrodi iono-selettivi
Tra le varie tipologie di elettrodi iono-selettivi, l’elettrodo a vetro è uno dei più diffusi ed è utilizzato per misurare il pH delle soluzioni acquose. Grazie alla variazione della composizione del vetro, è possibile ottenere elettrodi selettivi per specifici ioni, come ad esempio l’ione sodio.
Un’altra tipologia comune sono gli elettrodi a membrana solida, costituiti da sali inorganici poco solubili. Questi elettrodi offrono una elevata selettività verso particolari ioni, come nel caso dell’elettrodo selettivo per il fluoro, in cui la membrana è composta da fluoruro di lantanio drogato.
In conclusione, gli elettrodi iono-selettivi svolgono un ruolo cruciale nelle analisi potenziometriche, consentendo la determinazione precisa delle concentrazioni ioniche in soluzione.
Approfondimento sugli Elettrodi nella Chimica Analitica
Elettrodi a membrana liquida
Un tipo di elettrodi peculiare sono gli elettrodi a membrana liquida, in cui la membrana, anche se denominata liquida, è in realtà solida e porosa. Questa è saturata con un solvente viscoso insolubile in acqua, all’interno del quale è disciolto un agente ionoforo in grado di trasportare ioni. Un esempio di elettrodo a membrana liquida è quello sensibile allo ione calcio, con il di-(n-decil) fosfato di calcio (CH₃(CH₂)₈CH₂)₂PO₂ ²⁻Ca²⁺ sciolto in di-(n-ottil)fenilfosfonato (CH₃(CH₂)₆CH₂O)₂POC₆H₅.
Elettrodi gas-selettivi
Gli elettrodi gas-selettivi, come quello sensibile al biossido di carbonio, presentano una membrana permeabile ai gas ma impermeabile agli ioni. La membrana è estremamente sottile per favorire la diffusione del gas, mentre la soluzione interna ha uno spessore ridotto per limitare i tempi di risposta.
Elettrodi a membrana biocatalitica
Gli elettrodi a membrana biocatalitica, invece, sono caratterizzati da una membrana costituita da una matrice inerte che intrappola un biocatalizzatore, come ad esempio un enzima in grado di reagire selettivamente con un particolare analita presente in soluzione. Il catalizzatore converte l’analita in un prodotto che passa all’interno dell’elettrodo, il quale viene successivamente misurato da un elettrodo sensibile a tale prodotto. Un esempio di questo tipo di elettrodo è quello selettivo per l’urea, che contiene come biocatalizzatore l’ureasi immobilizzata su gel di poliacrilammide.
Questi diversi tipi di elettrodi sono essenziali nella chimica analitica per la loro capacità di rilevare e quantificare specifiche sostanze, fornendo informazioni importanti per numerosi settori, dall’ambiente alla medicina.
