Биомедицинская значимость темы

Методы потенциометрии используются в клиническом анализе и в практике санитарно-гигиенических исследований. С помощью потенциометрических методов возможно определение концентрации физиологически активных ионов (H₃O⁺, K⁺, Na⁺, Ca²⁺, , Cl^–, Br^–, I^–) в биологических жидкостях и тканях. При применении ферментных электродов возможно определение глюкозы, мочевины, аминокислот и других метаболитов, а с помощью газовых электродов вести контроль за состоянием воздушной среды.

Изучение механизмов возникновения электродных и окислительно-восстановительных потенциалов (ОВ-потенциалов) позволяет разобраться в закономерностях многих биохимических процессов в организме, в частности, процессов биологического окисления и установить последовательность и энергетические значения ОВ-процессов. Метод регистрации биопотенциалов используется при исследовании деятельности различных органов, например, при диагностике сердечных заболеваний (электрокардиография). Регистрация биопотенциалов мозга (электроэнцефалограмма) в ряде случаев позволяет судить о патологических нарушениях центральной нервной системы. При изучении явлений возбуждения в мышцах и координации мышечной деятельности у спортсменов применяется метод последовательной регистрации ряда отдельных токов действия мышцы (электромиография). Наряду с этим в медицинской практике широко используют материалы, в частности, металлы при эндопротезировании костных тканей, зубов, при введении которых в организм на границе металл – раствор образуется скачок потенциала и развиваются электрохимические процессы.

Потенциометрическое титрование применяется для определения концентрации биологически активных и лекарственных веществ.

Эталоны решения задач Задача 1. Вычислить потенциал медного электрода, если медная пластинка опущена в раствор медного купороса с активностью ионов меди 0,02 моль/л при 25⁰С. Стандартный потенциал медного электрода равен +0,34В.

Дано:	Решение
aCu2+= 0,02 моль/л 0Cu2+/Cu = +0,34В Cu2+/Cu – ?	Уравнение Нернста для расчета значения электродного потенциала, возникающего на границе металл-раствор, имеет вид: = 0  +  . Переходя от натурального логарифма к десятичному получаем:

  = ⁰ +  Схема медного электрода: Сu|Cu²⁺ и на электроде протекает процесс Cu²⁺ + 2ē ⇄ Cu, отсюда n = 2. При 298К сомножитель  = 0,059, а уравнение примет вид :  _Cu²⁺_/Cu= ⁰_Cu²⁺_/Cu +  Отсюда находим, что  _Cu²⁺_/Cu= + 0,34 + 10 lg 20,02 = +0,34 + 0,0295 ^–5 (–1,7) = 0,34 – 0,05 = 0,29 B= 0,34 + +0,029 Ответ: 0,29В. Задача 2. Найти ЭДС элемента при 25⁰С, составленного из серебряного и свинцового электродов, металлические пластинки которых погружены в раствор нитрата серебра с концентрацией 0,1 моль/л и раствор нитрата свинца (II) с концентрацией 0,25 моль/л (считать, что коэффициент активности в обоих случаях равен 1), если значения стандартных электродных потенциалов серебра и меди соответственно равны + 0,80В и –0,13В. 

Дано:	Решение
C(AgNO3)= 0,1 моль/л C(Pb(NO3)2)=0,25 моль/л 0Ag+/Ag= + 0,80В 0Pb2+/Pb= – 0,13В Е = ?	Так как  0Ag+/Ag > 0Pb2+/Pb, то катодом является серебряный электрод, а анодом – свинцовый электрод. Записываем схему гальванического элемента: Pb⊝Pb2+ ║Ag+  Ag⊕

Записываем уравнения реакций, протекающие на электродах:

анод: Pb – 2ē = Pb2+	2
катод: Ag+ + ē = Ag0		1
Pb + 2Ag+ = Pb2+ + 2Ag0		2

ЭДС гальванического элемента равен: Е =  _катода –  _анода или в нашем случае  Е = _Ag⁺_/Ag –  _Pb²⁺_/Pb 1. При 25⁰С потенциал серебряного электрода:  _Ag⁺_/Ag = ⁰ _Ag⁺_/Ag +  , 

где a_Ag⁺= fa, отсюда = C_Ag⁺_/Ag= 0,8 +   (–1) = 0,741B1=0,8 + 0,059lg 0,1 2. Для свинцового электрода: _Pb²⁺_/Pb =  ⁰ _Pb²⁺_/Pb +  = –0,13+  (–0,6) = –0,3 – 0,0177 = –0,3177В1= –0,13 + 0,0295lg 0,25 3. Е = 0,741 – (–0,3177) = 1,0587В Ответ: 1,0587В. Задача 3. Определите ЭДС концентрационного гальванического элемента при 25⁰С, составленного из двух серебряных электродов, погруженных в растворы нитрата серебра с активностью ионов серебра 1 моль/л и 0,5 моль/л. Стандартный электродный потенциал серебряного электрода равен +0,80В.

Дано:	Решение
a1(Ag+)= 0,5моль/л a2(Ag+)= 1,0 моль/л 0Ag+/Ag= + 0,80В E – ?	Записываем схему гальванического элемента: Ag⊝Ag+(0,5 моль/л) ║Ag+Ag ⊕ ,(1 моль/л)   ЭДС концентрационного гальванического элемента равна: Е =  , где n = 1, a а2 > а1

При 25⁰С Е = 0,3=0,0177B= 0,059 lg2=0,059 Ответ: 0,0177В. Задача 4. Стандартный ОВ потенциал системы   + 8Н⁺+5ē ⁺  Mn ²⁺ + 4Н₂О  равен + 1,52В. Рассчитайте ОВ потенциал этой системы при увеличении рН раствора до 5.

Дано: 0  = +1,52В рН = 5    – ?

Решение Уравнение Петерса для расчета ОВ потенциала данной системы имеет вид:     = 0   +  , где n = 5

По сравнению со стандартными условиями изменилась только активная концентрация Н⁺ – ионов: т.к. рН = 5, то   = 10^–5 моль/л. Поэтому     = ⁰   + lg10= 1,52 + 0,0118 ^–40 = 1,52 – 0,472 = 1,048В Ответ: 1,048В