1. Principio de Sensores Potenciométricos
El fundamento teórico de los sensores potenciometritos es establecida por la ecuación de Nernst, que se basa en la medida de los potenciales eléctricos en materiales o soluciones para calcular la concentración de disoluciones iónicas, y consta básicamente de tres elementos: dispositivo de medida de potencial, electrodo de referencia y el electrodo selectivo a iones a caracterizar.
Dispositivo de medida de potencial es el instrumento utilizado para medir el voltaje de la celda que forman el electrodo indicador y de referencia. En realidad es un voltímetro muy sensible que amplifica la débil señal eléctrica que producen los electrodos y permite lecturas de hasta 0.1 mV con gran exactitud. Los electrodos de referencia suelen ser de doble unión o de calomelano respecto a los cuales se miden las variaciones de potencial. Finalmente, los electrodos selectivos a iones como su nombre indica son electrodos sensibles a la presencia de un tipo de ión en la solución y permiten su cuantificación. El término “selectivo’ quiere decir que son sensibles a una familia de iones de características similares, pero de entre todos ellos tienen mayor afinidad por uno en concreto. En la Figura 1 se presenta el montaje experimental empleado así como su esquema equivalente eléctrico.
En los electrodos selectivos a iones (ISEs), la membrana es responsable tanto del reconocimiento selectivo como de la transformación del potencial generado en una señal eléctrica que se puede medir, es decir el receptor y el transductor están integrados en un único elemento.
El sistema en la Figura 1 actúa como una pila, de forma que al sumergir los dos electrodos en la solución se establecerá un flujo momentáneo de iones en la interfase existente entre la membrana selectiva y la solución de trabajo, produciéndose una diferencia de potencial, cuya magnitud depende de la cantidad de iones presente en la solución.
Dispositivo de medida de potencial es el instrumento utilizado para medir el voltaje de la celda que forman el electrodo indicador y de referencia. En realidad es un voltímetro muy sensible que amplifica la débil señal eléctrica que producen los electrodos y permite lecturas de hasta 0.1 mV con gran exactitud. Los electrodos de referencia suelen ser de doble unión o de calomelano respecto a los cuales se miden las variaciones de potencial. Finalmente, los electrodos selectivos a iones como su nombre indica son electrodos sensibles a la presencia de un tipo de ión en la solución y permiten su cuantificación. El término “selectivo’ quiere decir que son sensibles a una familia de iones de características similares, pero de entre todos ellos tienen mayor afinidad por uno en concreto. En la Figura 1 se presenta el montaje experimental empleado así como su esquema equivalente eléctrico.
En los electrodos selectivos a iones (ISEs), la membrana es responsable tanto del reconocimiento selectivo como de la transformación del potencial generado en una señal eléctrica que se puede medir, es decir el receptor y el transductor están integrados en un único elemento.
El sistema en la Figura 1 actúa como una pila, de forma que al sumergir los dos electrodos en la solución se establecerá un flujo momentáneo de iones en la interfase existente entre la membrana selectiva y la solución de trabajo, produciéndose una diferencia de potencial, cuya magnitud depende de la cantidad de iones presente en la solución.
Figura 1. Montaje experimental para realizar medidas potenciométricas utilizando un ISE y a la derecha su correspondiente esquema eléctrico.La diferencia de potencial medida es la suma de tres contribuciones: la interacción entre la membrana sensora y el ión de interés, la interacción que se origina entre el elemento de referencia y el medio donde está insertado, proporcionando un potencial constante si la composición del medio de referencia y la temperatura no varían y por último la denominada unión liquida, que se origina entre la solución de trabajo y la solución interna del electrodo de referencia. Los clásicos electrodos de referencia empleados en potenciometría, calomelano y Ag/AgCl fijan su potencial utilizando una solución de cloruro de actividad constante. Frecuentemente es necesario el uso de una segunda disolución de electrolito que se interpone, mediante un puente salino, entre esta disolución interna de referencia y la muestra, con el fin de evitar la interacción entre ambas. Esta unión liquida representa una interfase donde un electrolito se difunde en el otro, siendo la causa del surgimiento de un potencial eléctrico, que contribuye al potencial de la celda, denominado potencial de unión líquida. Esta diferencia de potencial suele ser pequeña y normalmente es de magnitud desconocida.
Por otra parte, debido a que el potencial de interfase interno y el potencial del electrodo de referencia interno son constantes, la medida del potencial que se genera en la celda electroquímica, representa únicamente el cambio de potencial que se produce a través de la superficie de la membrana del ISE, obteniéndose de esta forma información de la concentración de iones en la muestra.
