Электроды сравнения
Это электроды, потенциал которых практически постоянен, легко воспроизводим и не зависит от протекания каких-либо реакций в исследуемой системе. Общепринятым электродом сравнения является стандартный водородный электрод, потенциал которого условно принят за ноль в стандартных условиях. Однако, этот электрод сравнения неудобен в работе, поэтому на практике в качестве электрода сравнения обычно используют хлорсеребряный электрод. Хлорсеребряный электрод состоит из серебряной проволоки или пластинки с нанесенным слоем хлорида серебра, погруженный в насыщенный раствор КСl (учебник Ершова, с.474), схематично этот электрод изображают так:
Аg, AgCl | КСlнас.. Потенциал хлорсеребряного электрода зависит от концентрации хлорид-ионов в растворе:
В насыщенном растворе KCl потенциал постоянная величина при постоянной температуре.
Электроды определения (индикаторные)
Электродом определения называется электрод, потенциал которого зависит от концентрации анализируемых ионов и практически не зависят от содержания других ионов в растворе.
Для измерения величины рН необходимы электроды, потенциал которых зависит от концентрации ионов водорода. Первичным стандартным электродом для определения рН является водородный электрод. Потенциал водородного электрода линейно зависит от величины рН:
Однако для серийных измерений он не применяется в силу громоздкой конструкции и чувствительности к посторонним веществам и каталитическим ядам.
Наиболее широко в практике рН-метрни применяется стеклянный электрод (учебник Ершова, с.476). Между нонами Н+ в растворе и ионами Н+ в стекле существует равновесие:
H +р-р H+стекло
На границе раздела стекло-водный раствор возникает скачок потенциала, который возрастает с увеличением концентрации ионов водорода в растворе:
Естекл. = Е0 + 0,059 lg СH+ = Е0 - 0,059 рН.
Стеклянные электроды применяются для измерения концентрации ионов водорода в любых средах и при любых условиях. Они обладают рядом достоинств для измерения рН в биологических средах, поскольку не чувствительны к окислительно-восстановительным процессам, не адсорбируют белки, индифферентны к поверхностно-активным веществам.
В зависимости от того, где определяется концентрация ионов (внутри или вне клетки) используются различные конструкции стеклянных электродов.
Ионоселективные электроды
В медицине и биологии важное значение приобрели ионоселективные электроды, потенциал которых зависит от концентрации ионов Na+, К+, Са2+, Mg2+, Cl− и др. (учебник Ершова, с.475). С их помощью определяют концентрацию различных ионов в биологических жидкостях, а также непосредственно внутри клетки.
В биохимических анализах также применяют молекулярно-селективные электроды. В настоящее время в клинической практике широко применяется молекулярно-селективные электроды для определения глюкозы, антибиотиков, витаминов, гормонов, аминокислот и других биологически активных веществ.
Для контроля загрязненности окружающей среды применяются селективные электроды, позволяющие определять концентрацию ионов NO3−, S−2, CN−, F−, Pb2+, Cu2+ и др.
Биологические процессы, в основе которых лежат электрохимические закономерности, изучает биоэлектрохимия. При генерации и распространении нервных импульсов, преобразовании энергии, фотосинтезе, рецепции и других процессах происходит перенос ионов и электронов и возникновение мембранного потенциала между внутренней частью клетки и окружающей средой. Этот потенциал обеспечивает передачу и обработку информации, сопряжения окислительных процессов с синтезом АТФ и т.п.
Электрохимические методы (полярография, потенциометрия и др.) позволяют определять число электронов, участвующих в реакции при данном электродном процессе, изучать кинетику биохимических реакций, адсорбцию биологически активных соединений на электродах и границах несмешивающихся жидкостей. Биоэлектрохимия изучает также электрохимически активные среды (сердечную мышцу, нейронные сети) и воздействие внешнего электрического поля на движение клеток, рост и регенерацию тканей.
Успехи биоэлектрохимии существенны для медицины. Важное прикладное значение имеет создание ионоселективных электродов и датчиков.