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Electroquímica
Las reacciones redox ocurren por colisiones que involucran la transferencia de electrones entre las especies. Si
yo coloco iones electroactivos en solución, estás van a oxidarse o reducirse al interactuar con su cupla redox
(salvo reacción con el agua). Si yo separo los sistemas en recipientes separados (permitiendo que los
electrones fluyan de un recipiente al otro a través de un alambre metálico), los electrones pasarán a través del
alambre y del amperímetro, que detecta bajas intensidades de corriente. Si las dos hemirreacciones tienen
lugar, habrá un desbalance de carga en la solución. El exceso de carga dificulta el movimiento de los electrones.
Aportando un camino para la migración de los iones en solución y disminuyendo el exceso de carga cercano a
los electrodos y si se deja transcurrir el tiempo suficiente, la reacción progresará hasta alcanzar el equilibrio y
la corriente y el voltaje finalmente tenderán a cero.
Principio de electroneutralidad: el desbalance de carga en la solución, interfiere en la transferencia
electrodo-solución. Esto puede compensarse a través de un sistema aceptor de electrones, como un puente
salino con KCl (es lo más utilizado ya que ambos son iones chicos y de movilidad similar) que restablece la
electroneutralidad en ambas fases.
▪ Celdas Galvánicas: La reacción se da espontáneamente y hay un flujo de corriente (e), que pasa a través de
una resistencia. Se utiliza para determinaciones analíticas, mido ∆V de celda
▪ Celdas Electroquímicas: Hay una fuente de potencial eléctrico, que acompaña a la reacción o está a la
inversa de la misma (determina el pasaje de corriente inverso).
Potencial estándar de electrodo: por conversión el potencial de H es cero. Los demás potenciales se hacen
tomando como contraparte al electrodo std de H y se le asignan valores std.
Potencial de celda: Una hemicelda consiste de un electrodo metálico que está en contacto con ambas especies
de una cupla redox. El electrodo adquirirá cierta carga electrostática llamada “potencial de electrodo”, y su
signo y magnitud son característicos de una cupla redox particular en la hemicelda. Estas variables están
relacionadas en la Ecuación de Nerst:
𝐸 = 𝐸° − 𝑅𝑇𝑛𝐹 𝑙𝑛 
𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠
𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 = 𝐸° −
0.00591
𝑛 𝑙𝑜𝑔 
𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠
𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 
E: diferencia de potencial en voltios en la interface electrodo-solución; E°: potencial estándar de reducción; R=
constante de los gases; T: temperatura absoluta (K); n: numero de electrones involucrados; F: constante de
Faraday.
Cuando se trabaja a fuerza iónica alta y casi constante es muy difícil calcular coeficientes de actividad
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confiable, pero uno puede suponer que serán constantes durante todo el experimento; y se obtiene el
potencial formal (E°’) y se calcula en base a concentraciones y no a actividad. El potencial de la pila se
construye con las dos hemirreacciones, cada una tiene asociado un potencial de electrodo característico. El
potencial de la pila total mide la fuerza que dirige el proceso electroquímico cuando ambas hemireacciones
están escritas como reducciones, y es la única medida experimentalmente posible.→ Etotal=Ecatodo -
Eanodo
Fenómenos de superficie: interface electrodo-solución
Es una interface heterogénea donde tienen lugar una gran cantidad de procesos que deben ocurrir en forma
controlada ya que todos se ven afectados por el resto de los equilibrios en solución (①transferencia de masa
ox→②rcion química ox→③cambio de estado físico ox→transferencia de electrones→③red→②red→①red).
Dado que estos caminos van a ser afectados por especies en solución, se utiliza “molaridad de actividad” y no
la concentración de los iones.
La superficie de un electrodo y el área cercana son determinantes en el mantenimiento de los potenciales de
electrodo y la corriente de la celda. Se presenta una interface heterogénea a la solución y al electrodo que
posee un ordenamiento de iones característico. Hay momento en que la superficie del electrodo tendrá una
densidad de carga que será contrapuesta por la densidad de carga opuesta de iones, generando una doble
capa de iones (una interna ordenada fija y una externa desordenada móvil). Los iones tienen movilidad y a
medida que nos alejamos del electrodo se pierde este arreglo de cargas. Se busca que esta interface
heterogénea sea lo más pequeña posible, de modo que podamos mantener la corriente farádica. Para esto es
necesario minimizar los efectos de transferencia de masa de la celda.
Transporte de masa
Los iones solvatados se mueven a diferentes velocidades de a cuerdo al tamaño y carga de los mismos, en base
a tres fenómenos:
✓ Difusión: se debe a la existencia de un gradiente de concentración, es un fenómeno lento.
✓ Migración: se debe a la presencia de un campo eléctrico (gradiente de potencial), es un fenómeno lento.
Se disminuye agregando concentraciones de electrolito soporte inerte en exceso respecto a la especie
electroactiva).
✓ Convección: puede deberse a un movimiento de la solución forzado (por agitación, mediante la cual puede
controlarse) o natural debido a un gradiente de temperatura. se busca evitar trabajando a temperatura
constante.
Corriente de celda
La circulación de corriente en una celda electroquímica ocurre por:
▪ Movimiento de electrones a través del conductor externo y en el interior de los electrodos (proceso
que se rige por la ley de Ohm).
▪ Movimiento de iones (migración) hacia los polos positivo y negativo en el seno de la solución
▪ Procesos de transferencia de electrones entre el conductor metálico y una especie redox en solución
que ocurren en la interface electrodo-solución.
Y da lugar a dos tipos de corrientes:
● Corriente farádica: existe por la transferencia de electrones en una reacción redox y respeta la Ley de
Faraday.
● Corriente no farádica: no existe transferencia de electrones, sino que se debe a un reacomodamiento
de iones generando una corriente alterna (paso de corriente hacia un lado – neutralización – paso de
corriente hacia el otro lado). Se dan por procesos farádicos inhibidos: termodinámica (los electrones no
superan la energía potencial para pasar la interface electrodo-solución) o cinética (transferencia de
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electrones lenta).Tienen lugar en la interface electrodo-solución y son debidos a cambios de potencial,
área del electrodo o composición de la solución pero que no involucran transferencia de carga. Ocurren
por acumulación de electrones en la superficie del electrodo (que adquiere una densidad de carga
negativa) y se neutraliza con la acumulación de iones positivos en su superficie. Se censa corriente,
pero no hay transferencia de cargas.
El potencial de celda con corriente pequeña cumple la ley de Ohm, pero difiere usualmente del potencial
termodinámico (ausencia de corriente) debido a:
• Resistencia Óhmica de la solución: lleva al potencial óhmico, este es el potencial necesario para vencer la
resistencia de los iones que se moverán hacia el cátodo o el ánodo. El paso de corriente requiere una fuerza
impulsora o un potencial para superar la resistencia que encuentran las especies cargadas al moverse hacia los
polos de carga opuesta.
E celda= (E cátodo -E ánodo) – I.R
• Efectos de polarización: Se expresan en la pérdida de linealidad entre E celda y la corriente de la pila
(idealmente no hay transferencia de e, no circula corriente). Los orígenes de la polarización son:
➢ Polarización por ausencia de especies electroactivas: Un potencial se aplica a una celda, se observa una
corriente momentánea que rápidamente cae a cero. Ésta crea un exceso o un defecto de carga negativa
en la superficie de los electrodos, en consecuencia las capas de solución adyacentes adquieren carga
opuesta en una disposición de doble capa eléctrica (la neutralización es ineficiente y se da una
densidad de carga negativa, provocando la polarización, corriente=0). El electrodo se polariza a no ser
que exista algún procesofarádico que produzca la despolarización. El origen de esta polarización es
cinético: en ausencia de otras especies electroactivas, los procesos de electrodo posibles son la
liberación de hidrógeno en el cátodo o liberación de oxígeno en el ánodo a partir del agua.
➢ Polarización en presencia de especies electroactivas: las especies electroactivas difunde desde el seno
de la solución hasta la capa superficial adyacente al electrodo, transfiere sus electrodo y el producto
resultante difunde hacia el seno de la solución.
➢ Polarización por concentración: Surge cuando la velocidad de transporte de las especies de reactivo
hasta la superficie del electrodo es insuficiente para mantener la corriente exigida. Es posible que la
demanda de reactivo (velocidad de transporte) no pueda ser cubierta debido a que el gradiente de
concentración alcanza un máximo valor límite. La caída de I.R se hace más pequeña que su valor teórico
y aparece un sobrepotencial de difusión que sólo compensa la disminución en el potencial óhmico.
E celda = Ecát – Eán -I.R + h (h: sobrepotencial por concentración)
El sobrepotencial asociado con cada electrodo tiene un valor negativo. El grado de polarización por
concentración está influido experimentalmente por: la concentración del reactivo (es más probable a
concentraciones bajas), la concentración total de electrolito (es más probable a concentraciones altas), la
agitación mecánica (disminuye en disoluciones bien agitadas), tamaño del electrodo (disminuye cuando la
superficie del electrodo aumenta). En algunas aplicaciones se toman medidas para eliminarla (métodos
coulumbimétricos, particularmente en titulaciones se utiliza el reactivo en exceso para generar el valorante por
electrólisis) y en otras se intenta favorecer y es esencial para el método (métodos amperométricos y
voltamperométricos en los cuales se emplean microelectrodos).
➢ Polarización por transferencia de carga o de origen cinético: Surge cuando la velocidad de oxidación o
de reducción en uno o ambos electrodos no es lo suficientemente rápida para dar corrientes de la
intensidad demandada por la teoría.
● Excesos de voltaje: potencial que se requiere aplicar a la celda para vencer los fenómenos que sufre la
transferencia de masa de la superficie del electrodo al seno de la solución.
Potencial de unión líquida (Ej): No es constante, ni predecible, debe ser determinado experimentalmente con
una curva de calibración . Cuando dos soluciones de composición diferente se ponen en contacto, se desarrolla
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un potencial en la interface de contacto entre ambas. Este potencial se debe a la desigual distribución de
cationes y aniones a lo largo de la unión debido a diferencias en la movilidad con que estas especies migran. Se
puede reducir si se introduce una solución de electrolito concentrada (un puente salino) entre ambas
soluciones en contacto; aunque nunca se puede eliminar por completo. La efectividad se mejora cuando las
movilidades de los iones de la sal se aproximas unas a otras, por esto es que una solución de cloruro de
potasio saturada es la más utilizada para tal fin. En algunos casos el cloruro interfiere en ciertas mediciones y
se sustituye por nitrato de potasio.
Métodos electroanalíticos
Pueden dividirse en métodos que tienen lugar en la interface (que se basan en fenómenos que tienen lugar en
la interface entre las superficies de los electrodos y la fina capa de disolución adyacente a éstas) y métodos
que tienen lugar en el seno de la solución (que se basan en fenómenos que tienen lugar allí, resultando de
interés eliminar los fenómenos de interface, como la conductimetría).
Los métodos de interface pueden ser:
• Estáticos: se intercala una resistencia de gran valor en el dispositivo de medida de manera que se
impide el pasaje de corriente por la celda. Implican medidas de potenciales de celda y son de gran importancia
debido a su velocidad y selectividad; medidas potenciométricas directas, valoraciones potenciométricas cuya
limitación más importante es su reducida sensibilidad.
• Dinámicos: el pasaje de corriente por el sistema constituye un factor muy importante de medida, se
imparte energía al sistema y se observa su respuesta. La energía derivada de una fuente externa puede ser
entregada bajo la forma de potencial electroquímico controlado o corriente eléctrica constante; Si está
presente el analito, se registrarán cambios en el sistema debidos a la interacción de la especie química con los
electrones provenientes de la fuente externa, son sensibles y pueden llevarse a cabo en volúmenes de unos
poco microlitos, tienen límites de detección del orden de los picomoles; también pueden llevarse a cabo a
intensidad de corriente constante mientras que se recolectan los datos (valoraciones coulombimétricas).
Los métodos amperométricos y voltamperométricos se caracterizan porque la relación área de
electrodos/volumen de la solución es pequeña y se favorecen los fenómenos de polarización. Se pueden llevar
a cabo durante largos periodos de tiempo sin que se produzcan cambios apreciables de concentración. Las
corrientes son pequeñas (microampers)
Los métodos coulombimétricos implican la electrólisis exhaustiva, alterándose significativamente el contenido
de la solución hasta la conversión total del analito en una especie con otro estado de oxidación. La relación de
área de electrodos/volumen de la solución es elevada y se tratan de evitar los fenómenos de polarización.
Métodos potenciométricos
Consiste en las medidas del potencial de las celdas electroquímicas en ausencia de corrientes apreciables. La
determinación del potencial termodinámico es: E celda = E cátodo – E ánodo; puede eliminarse el término I-R
como consecuencia de realizar las medidas en ausencia de corrientes apreciables. El equipo requerido es
simple, barato y consta de: un electrodo de referencias (de potencial constante), un electrodo indicador (cuya
respuesta es sensible a la actividad del analito), y un dispositivo para medir potencia (potenciómetro o
voltímetro de alta impedancia).
E celda (valor experimental) = E referencia (valor conocido) – E indicador (incógnita)
Una vez obtenida la incógnita se puede luego obtener la actividad del ión.
Pueden llevarse a cabo de dos maneras:
▪ Potenciometría directa: la medida de potencial se correlaciona con la actividad o concentración de una
especie química. Presenta especificidad, buena sensibilidad, en sensible a la matriz (puede haber
influencia de especies acompañantes presentes en ésta). Aplicaciones: análisis de iones de medio
interno (Cl-, K+, Na+, Ca 2+) y gases ( O2 y CO2) en análisis clínicos, análisis de diversos iones metálicos
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y otros (Cd 2+, Ag+, Pb 2+, F-, I-)
▪ Potenciometría indirecta: se registra la variación de potencial en función del agregado de un reactivo
valorante, determinando el punto final en una titulación volumétrica. Presenta menos subjetividad que
las titulaciones colorimétricas, y por lo tanto, mayor exactitud, se realiza el cálculo del volumen de
punto final, se puede automatizar. Aplicaciones: punto final de una amplia variedad de sustancias
(titulaciones ácido-base, redox, precipitación, complejación).
Celdas potenciométricas: Electrodos de referencia
Deben de tener potencial conocido, constante e insensible a la composición de la solución bajo estudio y
resistir pequeños pasajes de corriente (pero para medir el Ec debe dejar pasar un poco de corriente). Junto con
él se utiliza un electrodo indicador o de trabajo, cuya respuesta depende de la concentración de analito. El
electrodo de referencia ideal debe: ser reversible y seguir la ecuación de Nerst, exhibir un potencial constante
en el tiempo del experimento, volver a su potencial original después de haber estado sujeto a pequeñas
corrientes, no debe modificarse significativamente con la temperatura, al ser cortos disminuyen el Ej.
Electrodo de calomel Electrodo de Ag/AgCl
Hg2Cl2(sat) + 2e- ↔ 2 Hg° (l) + 2 Cl-
/Hg2Cl2(sat), KCl (xM)/Hg
Consiste en un tubo
plástico o de vidrio en
cuyo interiorse coloca
una pasta de
mercurio/cloruro
mercurioso que se
conecta con la solución
de KCL en el tubo
exterior a través de un
pequeño orificio. El
potencial de esta celda,
varia con la
concentración de
cloruro x. Trabaja a temperaturas menores a
60ºC
AgCl (s) + e- ↔ Ag(s) + Cl-
//AgCl(sat), KCl (xM)/Ag
Consiste en un alambre de plata inmerso en una solución de
KCL que ha sido saturada con AgCl.
El potencial de este electrodo
es en función de la
concentración de cloruro (se
utiliza solución saturada de
KCL). La ventaja respecto al de
calomel es que se puede
utilizar a temperaturas
mayores a 60ºC; aunque el
mercurio reacciona con muy
pocos componentes en comparación al ión plata, por lo que
debe trabajar con cuidado, ya que las reacciones pueden
obstruir el contacto electrodo/solución de analito,
alterando la medición
Electrodos Indicadores: El potencial varía rápidamente y reproduciblemente en respuesta a la actividad del
analito.
● Electrodos indicadores metálicos:
✓ Electrodos de primera clase: consta de una pieza de metal que está en equilibrio con el catión del
mismo metal, se mide el potencial de la cupla M°/Mn+ (reversible) dependiente de la concentración del
catión. Permiten una medida directa de la concentración del ion Mn+ en solución.
Ej. Cu2+ + 2e ↔ cu°(s) E = E°ión – 0,0591/n. pión pion=log[analito]
✓ Electrodos de segunda clase: pieza de metal que forma una cupla redox con su correspondiente catión
y a su vez éste forma un precipitado altamente insoluble o un complejo muy estable con el anión a
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determinar. Ej: electrodo de plata para haluros, electrodo de mercurio para EDTA (muy útil para
establecer el punto final de las titulaciones con EDTA).
AgCl(s) + e↔ Ag(s) + Cl- HgY2- + 2e↔ Hg°(l) + Y4-
✓ Electrodos de tercera clase: un electrodo metálico puede, bajo ciertas condiciones, responder a un
catión diferente del metal en cuestión. Ej: electrodo de mercurio para determinación de calcio en
solución, con agregado de un pequeño volumen de EDTA/Ca, para equilibrio (complejara al Ca).
✓ Electrodos de cuarta clase: electrodos de metales inertes (Pt, Au, Pd) que sirven como indicadores de
sistemas de óxido-reducción. Ej: electrodo de platino en solución de Ce3+/Ce4+. Los electrodos no
responden de la manera prevista para muchas hemireacciones de la tabla de potenciales debido a que
la transferencia de electrones a los electrodos es un proceso a menudo irreversible.
● Electrodos de membrana
Consisten en un electrodo de referencia externo y un electrodo de membrana, ambos sumergidos en una
solución en la que se medirá la actividad (a1) de un ión Mn+. El electrodo de membrana consiste en una
membrana activa sellada al extremo final de un tubo de plástico o vidrio que contiene una solución estándar
(solución interna del ion Mn+, con una a2 y concentración constante). Además existe un segundo electrodo de
referencia inmerso en la solución estándar. Los dos electrodos de referencia están conectados por un
voltímetro de alta impedancia. El electrodo de membrana está compuesto por: una membrana selectiva a
iones, un electrodo de referencia y una solución interna (la cual se pone en contacto con la superficie interna
de la membrana con una concentración fija de los iones del analito, sirviendo como parte de un electrodo de
referencia).
Electrodos combinados: ambas hemiceldas, electrodo de referencia y electrodo indicador de membrana, se
encuentran en un mismo dispositivo y no en forma separada.
Conducción eléctrica: En el caso de los electrodos indicadores metálicos, la corriente a través de la interface
sólido-líquido ocurre por un proceso de óxido-reducción. En un electrodo de membrana, el proceso redox está
completamente ausente, la conducción tiene lugar por transferencia de iones (electrodos ión selectivos, como
el de pH) la cual se hace posible por la naturaleza iónica de la membrana o por la presencia de algún
compuesto con capacidad de reconocimiento molecular (electrodos selectivos a moléculas).
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✓ Electrodos de membrana no cristalina: electrodo de membrana de vidrio para medición de pH
Consiste en una red tridimensional de aniones silicato, neutralizados por cationes polivalentes
inmóviles (Ca2+ o Al3+) . Los iones monovalentes como Na+, Li+ o H+ tienen suficiente movilidad en la
estructura para lograr que la electricidad se transmita a través del vidrio. La conducción entre las dos
interfaces solución interna/membrana y solución externa/membrana involucra el movimiento de las
especie monovalentes del vidrio a la solución en una interface y de la solución al vidrio en la otra.
H+ Vidrio- (memb.int) ↔ Vidrio- (memb.int) + H+ (sol.int)
Vidrio- (memb.ext) + H+ (sol.ext) ↔ Vidrio- H+ (memb.ext)
La superficie donde ocurra mayor disociación será negativa respecto de la otra y se establecerá una
diferencia de potencial (E1 - E2=Eb, cuya magnitud depende de la diferencia en la concentración de los
protones a ambos lados de la membrana. Esta medida de potencial es el parámetro analítico medible
para la determinación potenciométrica del pH.
Los protones se asocian y disocian en ambas paredes (externa e interna) de la membrana (que se para
dos soluciones de distinta [H+]), generándose un potencial eléctrico denominado potencial de
membrana o límite (Eb). Cuando las concentraciones externas e internas de H+ son iguales, el potencial
no siempre vale cero, esto se debe al potencial de asimetría (Easi: por diferencia de cargas a los lados
de la membrana). La membrana debe estar parcialmente hidratada para que se generen silicatos.
Ecelda = Eref.ext. + Ej (pot.union liq) - Em
Em (potencial de membrana) = Eb + Eref.int. + Easi
Eref.int, Easi y actividad (int) son constantes, también Eref.ext, Ej y L' → Ecelda = L + 0,059 pH
La lectura del potenciómetro guarda una relación directa con el pH
Selectividad de los electrodos de membrana: reacciones de intercambio iónico en las cuales se da un proceso
de competencia entre cationes (a medir e interferente) por los sitios de la membrana. Ej: Para la medición de
pH por ejemplo, un interferente importante, es el ión Na+ que conduce a un error alcalino en soluciones de pH
mayor o igual a 9, ya que el vidrio responde tanto a Na+ como a H+, es un error negativo, los pH medidos son
menores que los verdaderos; y un error ácido, es un error positivo en soluciones de pH menor o igual a 0,5 (los
pH leídos son más altos que el valor real y se debe a deshidratación de la membrana.
✓ Electrodos de membrana cristalina
Se obtienen a partir de un compuesto iónico o mezcla homogénea de compuestos iónicos. La mayoría
de los cristales iónicos son aislantes y no pueden ser utilizados, los que son conductores se caracterizan
por tener u ión pequeño monovalente que es móvil en fase sólida. Ej: electrodo de fluoruro
● Electrodo de fluoruro: la membrana consiste en un cristal de LaF3, dopado con EuF2 (fluoruro de
europio) para exaltar la conductividad. La membrana presenta dos interfaces, la interna, en
contacto con una solución de referencia de F- de concentración conocida y fija; y la externa, en
contacto con una solución cuya concentración de fluoruros va a ser medida. La ionización crea una
carga en la superficie de la membrana en las dos interfaces LaF3 (s) ↔ LaF2+ (s) + F- (sc), la
magnitud de carga dependerá de la concentración de ion fluoruro e la solución; así el lado de la
membrana que encuentra una [F-] más baja se vuelve positiva con respecto a la otra superficie, la
diferencia de carga, da una medida de diferencia de [F-] entre las soluciones. Es lineal hasta [F-]=
10^-6 M, luego la solubilidad de LaF3 contribuye a la concentración de F- en la solución. El -OH
interfiere directamente con las medidas a pH > 8 y a pH < 5 los protones interfieren en la
determinación de F- total porque se produce F2H2 no disociado frente al cual el electrodo no
responde.
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✓ Electrodos de membrana líquida
Su respuesta se debe al potencial que se produce a través de la interface entre la solución que se
analiza y un líquido inmiscible que se une en formaselectiva con el ión a cuantificar.
● Electrodo selectivo a calcio: permite medir la actividad de Ca2+ iónico. Que no es diferenciado del caso
total en plasma mediante técnicas colorimétricas. Un intercambiador de membrana se inmoviliza en una
membrana de cloruro de polivinilo; esta membrana está en contacto por un lado con la solución del
analito, y por el otro con una solución que contiene una concentración fija de CaCl2 saturada con AgCl
en contacto con un electrodo de referencia interno de Ag/AgCl.
✓ Electrodos sensibles a gases
Incorporan una celda electroquímica que contiene un Electrodo Ión Selectivo (ISE) y un electrodo de
referencia sumergidos en una solución interna retenida por una membrana permeable a los gases. Las
membranas suelen ser polímeros hidrofóbicos que repelen el agua y los iones de los poros, las
moléculas gaseosas se mueven a través de las mismas por efusión. El ISE es ubicado muy cerca de la
cara interna de la membrana de manera que entre ambos sólo queda una delgada capa de solución.
Para medir CO2, SO2, NO2, electrodo de referencia Ag/AgCl.
● Electrodo de CO2: la solución interna es de NaHCO3 (en alta cc para que la contribución de la disociación
de CO2 sea despreciable)/NaCl y el ISE es un electrodo de pH. El pH de la solución interna proporciona
una medida del contenido de CO2 de la muestra. Consta de 3 etapas, la primera el gas difunde de la
solución externa a la solución interna donde el pH de la película superficial cambia (2da etapa) y por
último el cambio en [H+] es captado por el electrodo de vidrio. Relación directa entre el CO2 del medio y
la actividad de protones en el medio interno.
✓ ISFET: Electrodo de membrana basado en un transistor de efecto de campo
Se logra de una integración microelectrónica entre el sensor (membrana sensible a iones) y el
procesador de la señal adquirida. Un transistor es un dispositivo amplificador semiconductor que
proporciona una señal de salida mayor que la de entrada. En un transistor por efecto de campo la señal
de entrada crea un campo eléctrico que controla el paso de la corriente a través del transistor. Si la
señal de entrada está dada por la unión de una analito a una superficie selectiva que forma parte del
transistor, entonces la actividad o concentración de dicho analito será la que controla la corriente que
pasa a través del dispositivo.
Si se intercala un electrodo de referencia, de manera tal que se pueda aplicar un potencial que se
oponga al paso de la corriente a través del transistor, entonces la magnitud del potencial aplicado será
proporcional a la cantidad de corriente que tiende a pasar a través del transistor y depende de la
actividad o concentración del analito. El potencial medido (vs el potencial del electrodo de referencia)
es proporcional a la actividad del analito en solución que se pretende medir, resultando en una medida
potenciométrica directa. El dispositivo más conocido se utiliza para medir pH.
El ISFET no contiene una solución que constituya el contacto salino conductor, además de tener una
cantidad fija y constante de ión que se quiere determinan. Posee una superficie selectiva para protones
formando parte del transistor constituyendo la región donde se generará la señal de entrada del mismo
(GATE); como se quiere determinar un potencial se requiere un electrodo de referencia.
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Característica Electrodo de vidrio ISFET
Elemento sensible al pH Vidrio sensible a H+ Membrana de SiO2 al estado sólido con
grupos SiOH
Electrodo de referencia Presente
Fundamento de la medición de
pH
Intercambio de H+ con la muestra
Rango de pH 0,5-9 0-14
Hidratación previa al uso Necesaria No requiere
Error alcalino/ácido Ambos presentes No presenta
Contaminación del elemento
sensible a pH por muestras
complejas
Muy frecuentemente, no
puede utilizarse en muestras
complejas
No, permite su limpieza con cepillos
Resistencia mecánica No, gran fragilidad sólo para
muestras líquidas
Sí, puede usarse para medir pH en materiales
muy viscosos
Geometría Bulbo de vidrio Plana
Medidas potenciométricas
Potenciometría directa
Consiste en comparar el potencial del electrodo indicador al sumergirlo en la muestra con el potencial del
mismo al sumergirlo en una o más soluciones patrones del analito. Tiene alta especificidad, sensibilidad de μM
a nM, es sensible a matriz, se adaptan a sistema de monitoreo continuo y automática. Desventaja: la existencia
de un potencial de empalme líquido limita la exactitud. Aplicaciones: análisis clínicos y de iones.
a) Electrodos metálicos:
A/An+ (a1)// Electrodo de referencia
Ec= L + . pA pA (pion)=log
0,0591
𝑛 
1
𝑎1 =− 𝑙𝑜𝑔 𝑎1 
b) Electrodos indicadores de membrana
Em= L’ + pIon= -
0,0591
𝑛 𝑙𝑜𝑔 𝑎1 𝑙𝑜𝑔 𝑎1 
Calibración
“L” puede ser calculado experimentalmente a partir de medidas con soluciones estándar de diferente
concnetracion de la especie de interés.
Ec=
0,0591
𝑛 𝑝𝐼𝑜𝑛 + 𝐿
En un grafico de Ec para distintos valores de pIon debe ser una recta con pendiente 0,0591/n. El método de
calibración más simple implica sumergir los electrodos en una solución patrón de pIon conocido. Si el valor
leído difiere del pIon del patrón, se asume que la diferencia se debe a L. El ajuste ocasiona la adición o
sustracción de un voltaje que lleva la lectura al valor correspondiente a este pIon; este ajuste se efectúa en los
equipos con un control llamado asimetría o calibración. La calibración efectuada con un solo valor de pX no
asegura la validez de las lecturas para las muestras de pIon del patrón utilizado (se usan 2 o mas sc en un rango
dentro del valor muestra esperado). Así y todo hay un error inherente a la calibración que surge de pensar que
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L se mantiene constante durante todo el experimento (L y Ej se modifican).
Método de adición de standard: el potencial de electrodo es medido antes y después del agregado de un
volumen o volúmenes conocidos de solución patrón (sin modificación de la fuerza iónica y del Ej). Muy
utilizado para medidas de Cl- y F-.
Medidas potenciométricas con electrodo de vidrio para pH: tener en cuenta las limitaciones del electrodo. El
error alcalino a valores por encima de 11 o 12, el error ácido en valores por debajo de 0.5, la inestabilidad de la
membrana cuando se halla poco hidratada, las medidas en soluciones neutras poco buffereadas (ya que el
equilibrio se logra lentamente, mejora con buena agitación), las variaciones en el potencial de unión líquida y
los errores en la preparación del patrón de calibración se propagaran al valor medido para la muestra.
Potenciometría indirecta (valoraciones potenciométricas)
Se mide el potencial de un electrodo indicador elegido según la especie a valorar para determinar el punto de
equivalencia en una titulación. El electrodo indicador y un electrodo de referencia se colocan en un recipiente
junto con la muestra, donde desde una bureta se agregara el valorante (con buena agitación); las titulaciones
por precipitados son más lentas. Es un método muy útil cuando se trata de muestras turbias o coloreadas y es
ideal para implementar en tituladores automáticos. La desventaja radica en el tiempo que insume, la ventaja
es que se salva el error por el operador (menos subjetivas que reacciones colorimétricas).
La determinación del volumen correspondiente al punto de equivalencia puede efectuarse por medio de
gráficos, si se grafico la curva de valoración como E medido vs el volumen agregado, se estimara buscando el
punto donde es mayor el cambio de potencial para un pequeño agregado de volumen de valorante; otra forma
es graficando la primera derivada (∆E/∆V) con respecto a la diferencia de volúmenes agregados y luego
ubicando el máximo en dicho grafico; por último, es posible graficar la derivada segunda (∆2E/∆V2) en la cual
el cambio permite ubicar en el eje de volumen el valor del punto final.
❖ Valoraciones por precipitación: el valorante más empleado es AgNO3 (nitrato de plata), que permite valorar
haluros, sulfuros, arseniatos, fosfatos, oxalatos. El electrodo indicador empleado es el deplata (electrodo
metálico de primera clase). Ej: valoración de mezclas de ioduro (I-), bromuro (Br-) y cloruro (Cl-) verificando
un primer salto para el precipitado de menor Kps (ioduro), luego se observa el salto debido a la
precipitación de bromuros y finalmente por cloruros. (Kps: I<Br<Cl)
❖ Valoraciones complejometricas: El EDTA (Y4-) es el valorante más usado, el electrodo indicador utilizado es
el de mercurio en presencia de HgY2- (electrodo metálico de 2da clase).Regulando el pH es posible resolver
una mezcla de Bi, Cd y Ca.
❖ Valoraciones acido-base: se utiliza un electrodo de vidrio como indicador (electrodo de referencia como
calomel o Ag/ClAg). Útil para muestras coloreadas o turbias y permite resolver algunas mezclas de ácidos o
bases, cuando la relación entre las constantes de disociación es igual o mayor que 10˄4.
❖ Valoraciones redox: un electrodo de platino (indicador metálico de 4ta clase) adquiere el potencial
resultante de la relación de actividad de las especies de una cupla redox. Así, si se valora Fe3+ con Ce4+,
antes del punto de equivalencia habrá Fe3+, Fe2+ que determinan el potencial del electrodo de platino y
Ce3+. Luego del punto de equivalencia será el par Ce3+/Ce4+ el que termine el potencial de dicho
electrodo.
Métodos dinámicos
Se emplea una celda electroquímica constituida por electrodos que se encuentran en contacto con una
solución donde se halla la especie electroactiva; cuando se genera un cambio en el sistema es posible detectar
una respuesta a ese cambio. En estos métodos es imprescindible que exista pasaje de corriente a través de la
celda, lo que implica que nunca se establece un equilibrio. Se altera el sistema al aplicar una diferencia de
potencial entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia y como respuesta se genera una corriente,
que se debe a la presencia de especies electroactivas capaces de oxidarse o reducirse al potencial aplicado
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(corrientes farádicas). El potencial del electrodo de trabajo es la fuerza impulsora para la reacción
electroquímica (la especie debe ser transportada a la interface electrodo-solución, reordenamiento de la
esfera iónica, de los dipolos del sv, transferencia de electrones y relajación en sentido inverso).
Hay dos tipos de procesos que pueden tener lugar sobre el electrodo de trabajo, los farádicos y no farádicos.
Los primeros se rigen por la ley de Faraday la cual relaciona la cantidad de especie que se oxida o reduce con la
cantidad de corriente que circula. Los otros generan una corriente que circula externamente debido a cambios
en el potencial del electrodo; la carga que se genera no puede atravesar la interface por lo que debe circular
externamente generando una corriente.
Transporte de masas: los iones solvatados se mueven a diferentes velocidades de acuerdo al tamaño y cara de
los mismos. En el movimiento de iones participa la difusión (por gradiente de concentración, afecta a todas las
especies) y la migración (por campo eléctrico, afecta a especies con carga, se evita con agregado de electrolito
inerte >0,1M), también influye los efectos de convección que sufre el sistema (a t° constante se evita)
Métodos coulombimétricos
Permiten calcular la cantidad de producto formado o consumido por una determinada cantidad de
electricidad. Es posible cuantificar una sustancia en solución midiendo la cantidad de electricidad requerida
para que dicha sustancia reaccione completamente en una celda de electrólisis. El analito puede oxidarse o
reducirse sobre la superficie de un electrodo, o puede reaccionar con otra especie generada por un proceso de
electrodo. Estos métodos se basan en la ley de Faraday de la electrolisis: “el número de moles de reactivo
consumido o de producto formado por una corriente eléctrica es estequiométricamente proporcional al
número de moles de electrones suministrados”. La cantidad de producto de una reacción de electrólisis se
calcula a partir de la estequiometria de la semireacción y de la cantidad de electricidad que fluye.
Cálculos: se trabaja con equivalentes químicos de analito
Cantidad de electricidad (Q) → Constituye la variable experimental en estos procesos y su medición dependerá
del modo de operación de la celda de electrólisis. Se mide en Coulombs (C)
Q = F. Nº eq Q = I.t I: intensidad de corriente constante (A); t: tiempo (seg)
Nº eq = n.p/PM = V.N p: peso en gramos del compuesto analizados; n:numero de electrones ox o red;
N:normalidad de sc; V:volumen (L) de sc
Constante de Faraday (F) → representa la cantidad de electricidad necesaria para producir la oxidación o
reducción de un equivalente químico de una sustancia en solución. ( F= 96473 coulombs/eq )
Ley de Faraday con 100% de eficiencia analito/corriente. Se utilizan electrodos de gran área para aumentar la
superficie de electrólisis y asegurar la eficiencia ( de carbón vítreo reticulado o de Pt).
1) Análisis coulombimétricos a intensidad constante:
Se fija la corriente que provee la fuente de poder y se mide el tiempo que tarda en consumirse todo el analito
en el proceso de electrólisis. También se puede obtener Q midiendo el área bajo la curva del gráfico intensidad
de corriente vs tiempo (no hay necesidad de integración, análisis simple). El valor de Q se reemplaza en la
ecuación y se obtiene el número de equivalente redox o bien el peso puro del material analizado se recurre a
la otra ecuación. Tiempos de análisis más para el análisis coulombimétricos a intensidad constante es Q=I.t
2) Análisis coulombimétricos a potencial de celda constante: corriente variable, la Q está dada por Q= ∫₀† i.dt
Se fija el potencial del electrodo de trabajo, a medida que el analito se convierte por una reacción de
electrodo, la intensidad disminuye exponencialmente desde su valor inicial hasta cero cuando el analito se
consume totalmente.
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En la práctica la corriente no llega a cero sino que se hace asintótica al eje del tiempo, y se da por terminada la
reacción cuando alcanza u 0,1% del valor inicial. Las medidas de cantidad de electricidad se pueden efectuar
aplicando integrales o con el área bajo la curva de intensidad de corriente vs tiempo. Esta técnica requiere
largos tiempos de análisis ya que requiere el consumo total del analito y se utilizan electrodos de gran área. El
potencial de celda se selecciona buscando un equilibrio selectividad/eficiencia. Ventaja: controlo que especies
de van a oxidar o reducir.
3) El trabajo constante
4) Electrogravimetria: produce la electrólisis controlada de un analito, durante un tiempo de manera que el
analito se reduzca y se deposite en su forma cero sobre el electrodo, y por diferencia de peso (final-inicial),
peso al analito de la solución.
Requisitos para análisis coulombimétricos: reacción estequiométricamente conocida, no deben producirse
reacciones colaterales, el proceso de electrólisis debe transcurrir con un 100% de rendimiento de corriente
)cada mol de electrones debe producir un cambio químico correspondiente a un equivalente de analito.
Detectores coulombimétricos de arreglo de electrodos para HPLC (a potencial constante)
Los electrodos se colocan perpendiculares al flujo de la columna, tienen un amplio rango lineal de trabajo, son
relativamente universales, tienen un 100% de eficiencia en flujo y hay un consumo total del analito. Son
selectivos por pueden controlar el potencial.
Voltametria
Método dinámico, la determinación analítica transcurre con el pasaje de corriente (I>0) con intensidad o
potencial constante. Se trabaja con celdas electrolíticas donde se fuerza el pasaje de corriente. Existen una
gran variedad de metodos voltametricos (varían disposiciones de electrodos, de polarización antes o después
de la reacción, valora te o analito electroactivo), se mide corriente (I) vs potencial aplicado, se favorece la
polarización, cortos tiempos de trabajo (segundos a pocos minutos), alteración mínima de la muestra por las
pequeñas áreas del electrodo (pero se alteran, aunque no se puede detectar), se puede trabajar con celdas de
2y 3 electrodos (o 2 gemelos), especificidad, sensibilidad (voltametría en celda, detección amperometrica es
el más sensible),menor que masa pero mayor que fluorescencia.
Electrodos de trabajo (WE)
Son de metales nobles (Pt, Au), carbono (pasta de carbono, grafito o carbón vítreo. Son discos de área
conocida semiconductores envueltos con una funda de teflón, si bien se limpian después de cada reacción, se
generan productos en la superficie del electrodo-pasivacion del electrodo- y deja de responder a la ley de
ohm), de gota de Hg (ventaja: se limpian por presión con el émbolo de la jeringa del electrodo, liberando la
gota de Hg contaminada y aparece una nueva superficie, por lo cual son renovables, están en desuso).
Celdas de trabajo
● 2 electrodos: de trabajo y contra electrodo (variará su potencial según cambios en la solución) o de
trabajo y de referencia.
● 3 electrodos: de trabajo, de referencia y contra electrodo. El volante se aplica entre el electrodo de
referencia y el contra electrodo.
Voltametrías
● De barrido lineal
Electrodo de trabajo conectado al cátodo (reducción, polo negativo); por lo tanto se generan corrientes
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catódicas (de signo positivo). La corriente se ve limitada por el transporte de masa (I limitante).
Se hace un barrido de potencial y se obtiene un potencial estándar de semionda, con el cual puede
identificarse al analito (cualitativo), y también se obtiene un valor de corriente limitante con el cual se puede
llevar a cabo la cuantificación (cuantitativo).
● Polarografia: voltametria de barrido lineal con electrodo de gota de mercurio y un contraríe trofeo
● Voltametría de barrido lineal sin agitación: la difusión, migración y convección se ven minimizado por
la agitación. En este caso se genera una 2ble capa eléctrica que controla la difusión del analito al
electrodo, una vez que la difusión-migracion-conveccion del analito sean constantes, lo que controlará
la concentración del analito en la interfase es el potencial que yo aplicó. La intensidad cae
exponencialmente con el tiempo.
● Voltametría hidrodinámica (con agitación)
Se induce a la convección controlada por la agitación. Se puede realizar en una celda estanca con agitación o
en flujo (HPLC). Puede utilizarse como detector electroquímico o amperométricos en HPLC, realizando un
voltamperograma punto a punto (barrido de voltaje con flujo continuo y a inyecciones separadas de
volúmenes pequeños de analito) para hallar el voltaje adecuado que permite la mayor sensibilidad y la menor
interferencia del solvente (selectividad). Deben tenerse en cuenta los potenciales de oxidación y reducción
para los compuestos orgánicos y seleccionar el adecuado en compromiso con la selectividad/sensibilidad (a
potenciales bajos mucha selectividad, a potenciales altos tengo alta detección pero baja selectividad)
● Voltametrías de barrido:
a) Pulsada lineal: (voltametría hidrodinámica y polarografía), se aplican pulsos crecientes de onda cuadrada,
pero las determinaciones se hacen con crecimiento lineal (la intención no aumenta linealmente con el
potencial).
b) Pulsada diferencial: se aplican pulsos que duran un determinado tiempo y se toman mediciones de
intensidad entre el inicio del punto y el final del tiempo t.
c) Pulsada en escalera: toma pulsos crecientes, sin permitir la disminución de potencial entre cada pulso
d)Pulsada de onda cuadrada:va tomando un diferencial de corriente antes y después de la caída del potencial.
Son pulsos cuadrados y crecientes.
e)Triangular: (voltametría cíclica)
● De barrido multianalito: puede ser lineal o diferencial de barrido, se necesita una diferencia de
potencial (de semionda) para evitar el solapamiento de curvas de los analitos.
● Voltametría cíclica: Las solución no debe ser agitada y se aplica una onda de excitación triangular
(potencial variado linealmente). Se obtiene un voltametria a cíclico (comienzo con potenciales
negativos hacia positivos, el potencial va aumentando -corrientr faradica- y se llega a un máximo, la
intensidad cae, hasta un cambio de potencial de oxidación). Implica una reacción reversible, con
influencia de la difusión (se trabaja con electrolitos soporte para disminuir fenómenos de migración). Es
un método cualitativo.
Aplicaciones de las voltametrías:
Determinaciones cualitativas y cuantitativas (en celda y por titulación), elección de potencial de trabajo con un
voltamperograma de barrido (para titulaciones, detección en flujo). Se pueden acopar HPLC/ECD/EPR/MS para
mayor sensibilidad.
Métodos amperométricos
La variable medible es la corriente que circula por la celda. Se somete al electrodo de trabajo a un valor fijo de
potencial y se monitorea la corriente resultante. Es un tipo de detección utilizado en diversas técnicas: FIA o
HLPC (sistema de análisis de flujo continuo), biosensores y detección de gases(sensores químicos basados en
detección amperométrica), detección de punto final en titulaciones volumétricas.
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Detectores electroquímicos
Se monitorea la reacción de un analito sobre la superficie de un electrodo. Se caracterizan por elevada
sensibilidad, moderada selectividad, extensa aplicabilidad.
Detector amperométrico
Se electroliza una pequeña porción del compuesto que atraviesa el detector y se registra la intensidad de
corriente debida a electrones cedidos por el analito (ox) bien electrones entregados al analito (red) trabajando
a potencial constante. Consta de tres electrodos, un electrodo de trabajo (WE) Ej. Carbón vítreo, un electrodo
auxiliar (AUX) Ej. Platino y un electrodo de referencia (REF) Ej.Ag/AgCl. Se utilizan tres electrodos ya que de
otro modo el potencial de trabajo cambiaría continuamente debido a los efectos de polarización en los
electrodos. Esta configuración permite que la corriente circule entre WE y AUX de forma tal que no exista
pasaje de corriente en REF (circuito electrónico de feed back). Se logra tener un rango de trabajo mucho más
grande ya que es posible fijar en forma estable el potencial del electrodo donde se lleva a cabo la reacción WE
compensando los cambios que se produciría por efectos de polarización.
Optimización del potencial de trabajo
Una forma para determinar cuál es el potencial de trabajo óptimo consiste en hacer un voltamperograma
hidrodinámico, una técnica que consiste en realizar sucesivos cromatogramas a diferentes potenciales de
trabajo. Se grafica altura de pico y corriente de base = f (potencial de trabajo). La elección del potencial de
trabajo es un compromiso entre sensibilidad (mayor a potenciales más altos), selectividad (mayor a bajos
potenciales dado que en potenciales elevados más analitos son detectables) y reproducibilidad.
Optimización utilizando el voltamperograma
• Interferencias con mayor potencial de oxidación: la selectividad de un compuesto se mejora
considerablemente al trabajar a un potencial más bajo ya que a ese potencial el compuesto interferente no
reacciona en la superficie del electrodo.
• Temperatura: al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de oxidación/reducción para el analito
y también para las posibles interferencias. A temperatura constante se tiene una línea de base estable y una
detección reproducible.
• Sensibilidad al pH: la corriente de base aumente al aumentar el pH.
• Flujo: un cambio en éste afecta el ancho y altura de los picos, la altura de los picos y la señal de base y
el tiempo de análisis, por lo que se debe usar un sistema de bombeo libre de pulsos.
• Fase Móvil: debe contener un electrolito soporte y este debe ser no reactivo y se utiliza en exceso para
minimizar el efecto de migración.
• Corriente de base o residual: posee dos componentes, la reducción de trazas de impurezas y la
intensidad de carga o de condensador (corriente no farádica en la superficie del electrodo).
Sensores químicos basado en detección amperométrica
El potencial aplicado afecta la sensibilidad y la selectividad de las mediciones amperométricas. Un potencial
bajo es más selectivo y un potencial alto es más universal. Para poder discriminar entredistintas especies es
necesario prepararlas mediante técnicas separativas o disponer de electrodos selectivos. Existen electrodos
modificados (ya que la superficie del electrodo de trabajo ha sido modificada para mejorar su selectividad)
pero son celdas amperométricas completas y es conveniente referirse a ellos como sensores.
➢ Electrodo de membrana porosa: sensor de oxígeno de Clark
Las membranas porosas en la superficie del electrodo actúan como tamiz permitiendo la permeación de
moléculas pequeñas, además de mejorar la selectividad del detector, permite disminuir los problemas de
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pasivación o envenenamiento de superficies de electrodo causado por la presencia de compuestos orgánicos y
biológicos. Compuestos de baja polaridad tienden a adsorberse sobre superficies hidrofóbicas, el efecto
observado es una disminución de la respuesta eléctrica disminuye el área efectiva del electrodo (pasivación). El
material usado para prevenir la adsorción irreversible de proteínas sobre carbón vítreo puede ser NAFION o
acetato de celulosa. La difusión del analito a través de la membrana es el paso limitante del proceso global de
detección. Otros electrodo de membrana han sido desarrollados para medir gases en fluidos biológicos (CO2,
NO2).
El sensor de oxígeno de Clark permite llevar a cabo la determinación de oxígeno disuelto en una gran variedad
de medios acuosos (mide presión parcial de oxigeno). La celda consta de un electrodo de trabajo constituido
por un disco de platino que funciona como cátodo, y se encuentra en el centro de la celda, al rededor hay un
anillo de plata conectado para funcionar como ánodo y como pseudoelectrodo de referencia (electrodo
Ag/ClAg); Ambos electrodos en contacto con una solución buffer de ClK que funciona como puente salino.
Cuando el sensor se sumergen en la sc problema, el oxigeno difunde a través de la membrana a la capa
delgada de electrolito inmediatamente adyacente al cátodo (se oxida) y posteriormente hacia el electrodo
donde es reducido a agua. Los electrones de la redox son tomados por el cátodo y la corriente generada es
proporcional a la tensión de oxigeno
➢ Biosensores basados en detección amperométrica
Los biosensores son dispositivos que involucran la especificidad de sistemas biológicos y la capacidad de un
transductor electrónico (da la sensibilidad) para convertir información biológica en una señal procesable
proporcional a la cantidad de analito presente en la muestra. El componente electrónico podrá medir voltaje
(potenciometrico), corriente (amperometrico), luz. T° o masa. El componente biológico de un biosensor es una
macromolécula que reconoce una estructura complementaria (enzima, anticuerpos, receptores,
microorganismos, células). Los cambios bioquímicos que resultan de esa interaccion son convertidos por el
transductor (amperometricos, potenciómetricos, conductimetricos, calorimétricos, fluorescentes) en una
señal cuantificada y registrada. En general se emplea un contraelectrodo registrando la corriente que circula
entre el de trabajo y el de referencia.
La función de un biosensor electroquímico es detectar la presencia y/o determinar la concentración de uno o
más componentes presentes en una mezcla líquida compleja usando para ellos una técnica electroquímica.
Ésta depende de la especificidad del elemento biológico de reconocimiento, como así también de las
condiciones de almacenamiento y estabilidad operacional.
Se utiliza una matriz para la inmovilización del sistema de detección que debe asegurar que el mismos se
mantenga activo, que los analitos puedan acceder y que haya un íntimo contacto con el sistema elegido como
transductor de la señal. Se requiere que tenga un pH biocompatible, un medio acuoso y ausencia de solventes
orgánicos.
Elementos de un biosensor (sensor de biocatalisis): electrodo (material cuya superficie está expuesta); enzima
(específica para el sustrato a determinar); mediador (encargado de la transferencia de electrones desde la
enzima hasta el electrodo).
Biosensor ideal: alta sensibilidad (determina cc bajas), alta selectividad, alta fiabilidad, tiempo de vida largo,
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bajo costo de producción, tiempo de análisis corto, pre tratamiento de la muestra inncesario, manejo sensillo,
análisis en tiempo real, portátiles, automatizables, miniturizables y multianalisis, pocos requerimientos
operativos y de almacenamiento.
Aplicaciones: agroalimentaria, estudio de biomeleculas e interacciones, desarrollo de drogas, medicina legal y
forense, dx medico, monitoreo ambiente, control de calidad, producción de fármacos, etc.
Inmovilización
Es el proceso por el que las enzimas o células pueden transformarse en catalizadores heterogéneos que se
encuentran retenidos en un lugar definido en un estado tal que permite su reutilización. En esta región se pasa
la solución con el sustrato y sale como producto, libre del biocatalizador. La ventaja de este proceso es la
posibilidad de reutilización de los biocatalizadores.
Debe tratar de ser realizada en condiciones tales que la pérdida de actividad sea mínima (ya que el tto a los
que son sometidos, afectan en cierto grado la actividad). Para esto se debe regular el grado de porosidad y
biocompatibilidad. En el caso de las enzimas es importante que se mantenga su estructura, evitando el
impedimento estérico en su sitio activo (funcionalidad); y en el caso de células se necesita mantener su
estructura organizada (viabilidad celular).
Inmovilización
Ventajas Desventajas
✔ Gran aumento de la estabilidad de la enzima o
célula inmovilizada
✔ Aumenta la productividad enzimática por la
capacidad de reutilización
✔ Facilidad de recuperación y purificación de
productos
✔ Aumenta la facilidad de operación y control del
proceso al trabajar en condiciones más suaves
✔ Gran variedad de diseños de matriz
✔ Se disminuye la actividad enzimática (por la misma
inmovilización)
✔ Se aumentan los problemas difusionales del
analito por el poro de la enzima
✔ Aumenta el costo del proceso
✔ El intervalo de pH de trabajo puede ser distinto al
del biocatalizador nativo
Requisitos para la inmovilización
La enzima debe ser estable en las condiciones experimentales empleadas. Se debe proteger su sitio activo (por
ejemplo, en presencia de concentraciones saturadas de sustrato, proteger de agentes entrecruzantes). El
proceso de lavado no debe afectarla negativamente.
Debe haber coherencia con la posterior biotransformación: si el soporte es polianiónico, la conversión de un
sustrato aniónico será difícil ante la repulsión; si la enzima es atrapada en un gel y el sustrato presenta un alto
PM el resultado será malo.
El soporte debe conferir al derivado inmovilizado una buena resistencia a la contaminación microbiana,
presentar una alta superficie específica (mayor cantidad de elementos), ser estable. Debe permitir que se
inmovilice una alta cantidad del biocatalizador (alto loading), y debe ser comercialmente accesible (bajo costo
y buena disponibilidad).
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Métodos de inmovilización
Retención física: atrapamiento
atrapa en su interior a nuestro elemento de
reconocimiento
Retención química: adhesión
Membrana Geles Unión covalente Adsorción
-Láminas
-Fibras cóncavas o
huecas
-Encapsulación
-Unión fuente del
elemento de
retención con la
matriz
-Altos costos, alta
estabilidad, difícil
preparación
- Cuando las células son adsorbidas
en una determinada matriz ésta las
provee de un soporte mecánico.
-Tipos: No específica; Intercambio
iónico; Hidrofóbica; Pseudoafinidad;
Afinidad
-Susceptibles a ruptura de uniones
(baja estabilidad), fácil preparación
Es necesario tener en cuenta qué método se utilizará en función de la muestra para que no la afecte.
En el caso de las células se debe tener en cuenta el medio adecuado de matriz (sólida o en suspensión)
Adsorción
Inclusión en matrices de polímeros: Se puede utilizar tanto polímeros orgánicos (mejores por su
biocompatibilidad, mecánicamente débiles y atacados por microorganismos) como inorgánicos (mayor
resistencia mecánica, no siempre son biocompatibles,son transparentes), así como también polímeros
híbridos que proporcionan un rendimiento superior a los anteriores.
✔ Naturales: Proteínas, Polisacáridos (Agarosa→ crecimiento de hibidromas, Chitosan, Alginato),
Colágeno, Silicatos
✔ Sinteticos: Látex sintético, Alcohol polivinílico
● Electrodos enzimáticos: Las enzimas reconocen un cambio químico que es evidenciado por un
transductor en combinación con un detector electroquímico, sensible en el modo amperométricos. Ej:
Sensor de glucosa
La enzima glucosa oxidasa, cataliza la oxidación de la β-D-glucosa (que debe encontrarse en su forma
tautomérica lineal) a ácido glucónico en presencia de oxigeno (se reemplaza por un mediador). La enzima 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 obteniendo una señal eléctrica (se usa ferroceno y sus derivados).
Elementos básicos: un electrodo, una enzima y un mediador. Hay varios parámetros para detectar la
concentración de glucosa, como la disminución de la presión parcial de oxígeno (con electrodo de Clark),
cambios en pH o medir la intensidad de corriente (este caso).
Materiales: soporte sólido (PVC), material conductor (pasta de partículas de carbón, recubierto por un
material aislante), electrodo de referencia (Ag/AgCl), electrodo de trabajo activo (contiene la enzima y el
mediador, su función es evaluar la concentración del analito y puede ser susceptible a interferencias),
electrodo de trabajo pasivo (contiene sólo el mediador y aditivos, sin enzima, su función es restar la corriente
que proviene de los interferentes, como el ácido ascórbico en el caso de la glucosa), membrana protectora
(envuelve a los electrodos, es permeable al agua y glc, evita la pérdida de material activo), aislante, sección de
la tira que se introduzca en el instrumento de medición y un lugar donde colocar la muestra (sangre).
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Detección del punto final en titulación volumétrica (valoración amperometricas)
La reacción de valoración ocurre en el seno de la solución entre el analito proveniente de la muestra y el
valorante adicionado, utilizando un método instrumental para la determinación del punto final.
▪ Titulaciones amperométricas simples
Consiste en sumergir un microelectrodo polarizable acoplado a un electrodo de referencia en la solución de
trabajo. Se aplica un potencial suficiente como para alcanzar una corriente limitada por el transporte de masa
(se polariza el WE por concentración) que resulta proporcional a la concentración de algún componente de la
solución de valoración. Al ser microelectrodos es insignificante el consumo de las especies en solución por
parte de éstos, por lo que el analito será entonces consumido por el valorante agregado (desde una bureta o
generado coulombimétricamente).
▪ Titulaciones amperometricas con dos microelectrodos: titulaciones por punto muerto
Se emplean dos microelectrodos (no se emplea el de referencia). El punto final se visualiza como una
transición neta entre polarización (de origen cinético) y despolarización de los microelectrodos, debido a la
ausencia de especies capaces de ceder o aceptar fácilmente electrones. Puede medirse:
- Corriente: se trabaja aplicando un voltaje constante de baja magnitud entre los microelectrodos y se
mide la corriente en el circuito. La corriente es mayor a cero, cuando lo electrodos están despolarizados
y se aproxima a cero cuando por lo menos uno de los electrodos se polariza.
- Voltaje: se fuerza el pasaje de corriente constante y pequeña y se mide la diferencia de potencial
necesaria para producir dicha corriente. El voltaje es prácticamente igual a cero cuando los electrodos
están despolarizados y es elevado cuando al menos uno de ellos está polarizado. Se puede presentar
que el analito se comporta reversiblemente sobre el electrodo (a) o que el reactivo valorante se
comporta reversiblemente sobre el electrodo (b).
a) Iodo y ioduro (en exceso para formar I3-) son los componentes de una cupla redox, el valorante
usado es tiosulfato de sodio, a medida que trascurre la titulación, disminuye la concentración de
iodo (que esta como I3-) y aumenta la cantidad de tetraionato
2 𝑆
2
𝑂
3
2− → 𝑆
4
𝑂
6
2− + 2𝑒
𝐼
3
− + 2𝑒 ↔ 3𝐼−
Se mide el grado de polarización de los microelectrodos, antes el punto final están presentes ambos
componentes de la cupla redox reversible (i3-/I-), de manera que la corriente se deberá a la
reducción de iodo en el cátodo y la oxidación de ioduro en el ánodo. En el punto final el valorante
consumido todo el iodo presente, quedando ioduros (que mantiene despolarizado al ánodo, por ser
redox reversible) y tetraionato, con el agregado de un pequeño exceso de valorante, se acumulara
también tiosulfato pero no hay especie que se reduzca en el cátodo (salvo la reducción del agua a
H, pero es de cinética lenta), por lo cual para mantener la corriente (3μA), se necesita aumentar el
potencial aplicado. El punto final se registra por el aumento brusco de potencial (por polarización
del cátodo).
b) Para medir acido ascórbico en una muestra se utiliza como valorante una solución de iodo
reversible
𝐶
6
𝐻
8
𝑂
6 
→ 𝐶
6
𝐻
6
𝑂
6 
+ 2𝐻+ + 2𝑒
𝐼
3
− + 2𝑒 ↔ 3𝐼−
El acido ascórbico es convertido a acido deshidroascorbico por el iodo que interactúa como
oxidante. Antes del punto final está presente el acido ascórbico, su producto oxidado y el ioduro
generado (que despolariza al ánodo), pero no hay ninguna especie que despolarice al cátodo (salvo
la reducción del agua a H), entonces es necesario aplicar un potencial elevado para mantener la
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corriente constante. En el punto final, el valorante consumo el acido ascórbico, quedando ioduro y
ac.dehidroascorbico y con el agregado de valorante, tendremos iodo; el iodo mantiene
despolarizado al cátodo luego del primer exceso y el ioduro al ánodo, como consecuencia de la
despolarización del cátodo, el potencial disminuye.
Titulaciones en solventes no acuosos
Las titulaciones en medio acuoso presentan limitaciones. Por ejemplo, si se desea valorar ácidos o bases
extremadamente débiles el índice de agudeza es tan pequeño que se traduce en un salto de pH insignificante,
haciendo imposible una visualización adecuada del punto final. Además, muchos compuestos orgánicos son
insolubles en agua. Por lo cual podría resultar conveniente el cambio de solvente por un medio no acuoso,
permitiendo cuantificar bases y ácidos débiles.
Los fenómenos ácido-base dependen en gran medida de la naturaleza del solvente y el soluto.
• Propiedades del soluto: su carácter ácido o básico es relativo al solvente en que se encuentra.
• Propiedades del solvente: depende de la relación con el soluto, de la constante de autoprotólisis del
disolvente y de la constante dieléctrica.
Clasificación de solventes según sus propiedades ácido-base
• Anfipróticos: capaces de actuar como ácido o como base según Bronsted-Lowry. Todos los solventes
anfiproticos se encuentran ionizados por autoprotólisis (SH + SH ↔ S- + SH2+ ; Ks= [SH2+].[S-]). Estos a su vez
se clasifican en:
✓ Anfipróticos propiamente dichos: tiene propiedades ácidos-base comparables con la del agua, Ej.
alcoholes (metanol, etanol) y experimentan reacciones de autoprotólisis.
✓ Protogénicos: son más ácidos que el agua, como el ácido acético.
✓ Protofílicos: más básicos que el agua como amoníaco y etilendiamina.
Inertes o apróticos: No muestran propiedades acido-base en medida apreciable (benceno, cloroformo,
tetracloruro de carbono). También solventes que tienen propiedades básicas definidas pero que carecen de
propiedades ácidas (Piridina, éteres y cetonas). No tienen definida una constante de autoprotólisis (es muy
pequeña), actuarán fundamentalmente como diferenciadores. Ej: metilisobutilcetona (rango de utilidad hasta
23 unidades de pH).
Efecto nivelador y capacidad diferenciadora de un solvente
En un solvente ácido las bases exaltan su basicidad y los ácidos se debilitan, y en un solvente básico los ácidos
exaltansu acidez y las bases se debilitan. El efecto nivelador o diferenciador de un solvente depende de las
propiedades ácido-base de éste en relación con los solutos disueltos en él. Ej. Acido perclórico y clorhídrico
donde el agua ejerce efecto nivelador (porque son más fuertes que el hidronio) y ejerce un efecto difenciador
con el acético y el clorhídrico
Efecto de la constante de autoprotólisis (Ks)
El intervalo útil de pH para un disolvente es aquel en el cual puede diferenciar las fuerzas relativas de los
ácidos. Aumenta a medida que disminuye su Ks (mayor pKs). Cuanto menor es la Ks de un disolvente, mayor
es el intervalo de fuerzas de ácido o de base que pueden existir en ese disolvente y tanto mayor será su poder
diferenciador.
El intervalo útil del agua como solvente diferenciador se extienden a pHs entre 4 (ácidos fuertes) y 10 (base
fuerte), es decir que es de 6 unidades. En el caso del etanol, el rango útil como solvente diferenciador es de 11
unidades. A menor Ks, mayor será la probabilidad de que un disolvente ejerza un efecto diferenciador.
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Efecto de la constante dieléctrica (D)
La mayoría de los solventes, tienen bajas constantes dieléctricas. La reacción de un ácido (BH) con un
disolvente (ZH) cuenta con un paso de ionización que da origen al par iónico B-HZH+ y un segundo paso de
disociación en el que las moléculas de disolvente atacan al par iónico y lo separan por completo en iones
solvatados B- y ZH2+. La fuerza de atracción F entre las dos partículas cargadas con cargas q1 y q2, está dada
por la ley de Coulomb: F = q1.q2 / D. r^2
D es la constante dieléctrica del medio (disolvente), es una medida de la facilidad para separar dos iones de
carga opuesta o la facilidad de disociación de un par iónico en dicho disolvente. En solventes con baja D hay
considerable apareamiento de iones y formación de agregados iónicos. A mayor D del solvente, mayor será la
probabilidad de que el mismo ejerza un efecto nivelador sobre el soluto.
La constante de autoprotólisis (Ks) es el producto de una Kionización y una Kdisociación. Si la magnitud de la
Kdisociación es pequeña, es porque la D del solvente es baja como así también será pequeña la Ks; la alta D
favorece el paso de disociación, disminuyendo la formación de pares iónicos.
Titulaciones en solventes no acuosos
Elección del solvente: debe solubilizar a la sustancia a valorar, que los productos de reacción sean cristalinos
en él, no deben dar origen a reacciones secundarias (con el valórate ni con el valorando) para evitar resultados
erróneos, deben conseguirse en el comercio a pureza elevada y precio económico y ser fáciles de conservar en
condiciones usuales. La elección se basa en:
- Los solventes ácidos son útiles para exaltar las propiedades básicas de bases sumamente débiles
- Los solventes básicos sirven para resaltar las propiedades ácidas de los ácidos muy débiles, el valorante
debe ser una base lo más fuerte posible.
- Los solventes apróticos actúan por su constante dieléctrica promoviendo una variación del grado de
ionización y solubilidad de productos iónicos, se usan mezclados con anfiproticos para hacer variar la
solubilidad del producto o modificar la constante dieléctrica.
- Se usan solventes ácidos o básicos de acidez o basicidad considerablemente menor que la solución
valorante a fin de no competir con ella por el soluto.
Precauciones de titulaciones en medios no acuosos: tener en cuenta la corrección por temperatura, dado el
elevado coeficiente de dilatación que poseer las sustancias titulantes.
;𝑉
𝑓
= 𝑉
𝑖
 [1 + 0. 001 (𝑡°
𝑟
− 𝑡°
𝑡
)
𝑡°
𝑟
: 𝑡° 𝑎 𝑙𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑡𝑟𝑜 𝑒𝑙 𝑣𝑡𝑒, 𝑡°
𝑡
: 𝑡° 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
Acidimetrías Basidimetrías
Solventes Disolventes más básicos que el agua,
aumentarán la fuerza de los ácidos disueltos
en él y el índice de agudeza de la titulación.
Ej: butilamina, etilendiamina,
dimetilformamida (DMF), piridina, acetona.
La DMF contiene como impureza habitual el
ácido fórmico y es preciso neutralizarla antes
de su uso, este proviene de la acción del agua
sobre la DMF
Para valorar bases muy débiles, se escoge
un disolvente acido con poca afinidad por
protones, para aumentar la basicidad del
compuesto a valorar. El más utilizado es el
ácido acético glacial (su baja D produce
importantes fenómenos de apareamiento
de iones, su Ks permite diferencias un
intervalo amplio de bases débiles aunque
ejerce efecto nivelador sobre bases
fuertes). Requiere eliminación de agua
para evitar efectos de nivelación y mejorar
las curvas, esto se logra titulando agua por
el método de Karl Fisher y añadiendo
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anhídrido acético en la cantidad adecuada.
Valorantes Se utiliza una sal de la base conjugada del
disolvente, ya que contiene la base más
fuerte que podrá existir en un disolvente
dado. En DMF se utiliza como valorante el
metóxido de sodio o potasio disuelto en
benceno/metanol.
El más utilizado es ácido perclórico disuelto
en ácido acético glacial.
Patrón primario
para contraste de
VTE
Ácido benzoico puro para metoxido de sodio
N=P/(0.01221xV)
Biftalato de potasio para acido perclórico
N=P/(0,2042xV)
Determinación
de punto final
✓ Indicadores: azul de timol en metanol (de
amarillo a azul), violeta azul,
ortonitroanilina en benceno,
etilendiamina en fenoles, rojo de
quinaldina en DMF
✓ potenciométricamente: el electrodo de
membrana de vidrio no siempre funciona
correctamente por las altas
concentraciones de Na+ y suele producir
un error alcalino; por lo cual se usa el
electrodo de oxido de antimonio
✓ Indicadores: cristal violeta (de azul a
verde azulado), violeta de metilo, verde
de malaquita, azul oracet B
✓ Potenciométricamente: los electrodos
de membrana de vidrio pueden
utilizarse tomando ciertas
precauciones, de otro modo de utiliza
electrodo de óxido de antimonio y
electrodo de referencia de calomel o
Ag/AgCl
Bureta y
recipiente de
valoración
✓ Bureta automática con sustancias que
retengan la humedad.
✓ CO2 ambiental: se protege del medio
ambiente y/o se trabaja en se atmósfera
de nitrógeno.
Bureta y erlenmeyer comunes, ya que la
solución valorada no es afectada por el aire
a t° ambiente, OJO si la humedad ambiente
es elevada.
Importante la corrección por temperatura
Valorandos Ácidos carboxílidos, aa, fenoles,
sulfonamidas, alcoholes y ciertas sales de
aminas.
Aminas, aa, halohidratos (con agregado de
Hg(Ac)2 para liberar las bases.
Método de Karl-Fischer
Determinación de agua en solventes no acuosos que no reaccionen con el dióxido de azufre. El reactivo de
Karl-Fischer contiene yodo, dióxido de azufre y piridina. El método se basa en la reacción del dióxido de azufre
con el yodo en presencia de agua, cuyo equilibrio puede desplazarse hacia los productos en presencia de
piridina. El punto final se determina por la técnica del punto muerto.
𝑆𝑂
2
+ 𝐼
2
+ 2𝐻
2
𝑂 ↔ 𝑆𝑂
4
2− + 2𝐼− + 4𝐻+
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