ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Чувствительный элемент на диоксид углерода из "Мембранные электроды" Если концентрации частиц М и достаточно велики и эти частицы не переносятся через мембрану, тогда [М], [L ] = onst, Р пропорциональна [L]4p и электродный потенциал изменяется по уравнению Нернста, давая кривую с угловым коэффициентом Ир) St.. Чувствительность электрода определяется стехиометри-ческим отношением Ир. Условие, при котором сохраняется постоянство [М] и [Lij], заключается в том, что значение/С (константа равновесия) не должно быть очень большим или слишком малым. В любом случае лишь в ограниченных пределах изменения [Р] поведение электродной системы будет идеальным. Подход, представленный для СОа-электродной системы, применен Россом [21 ] и для описания поведения ЗОз-электрода. [c.318] В табл. Х.2 приведены основные характеристики ряда электродных систем, чувствительных к газам, которые сконструированы и опробованы Россом [21]. В конструкциях этих систем, кроме указанных ранее факторов [19], подлежат рассмотрению следующие а) pH исследуемого раствора б) температура в) осмотическое давление г) состояние образца д) возможные мешающие компоненты е) летучесть, испарение определяемого компонента ж) перемешивание з) стандартизация. [c.318] Измерение парциального давления кислорода (ро,) в газах, жидкостях и полужидких средах представляет обычную задачу в большинстве больниц и физиологических лабораториях. Принципы полярографии, сформулированные Гейровским [22] и его сотрудниками, применяют в анализах многих веществ, систем, содержащих кислород. Полярографический метод введен в биологию Пратом [23]. Для измерений в крови Дэвис и Бринк [24] закрывали катод мембраной, чтобы предотвратить отравление электродов протеинами. Подобным же образом для элиминирования влияния красных кровяных телец и перемешивания Кларк и др. [25] закрывали платиновый катод целлофановой мембраной. Однако результаты, полученные в этих условиях, были неудовлетворительными до тех пор, пока Кларк [27] не догадался изменить систему, закрыв и катод, и анод единой мембраной, проницаемой к кислороду. [c.319] Опубликовано несколько обширных обзорных статей по вопросам измерений pH и давления кислорода в различных биологических тканях и крови. Дэвис [28] и другие исследователи [7—9, 29—34] описали различные конструкции катодов для измерения уровня Ро, в биологических препаратах. Ниже приведена краткая характеристика чувствительной к кислороду системы, предложенной Кларком. [c.319] Согласно уравнениям (Х.27) и (Х.28), ток в стационарном состоянии пропорционален коэффициенту диффузии кислорода в среде. Согласно тому же уравнению (Х.28), ток есть сумма постоянной и переменной составляющих. Первый член уравнения (Х.28) уменьшается со временем, вклад этой составляющей в суммарное значение тока зависит от размера электрода. Так, для сферы диаметром I мм оба члена уравнения (Х.28) становятся равными при с. Коэффициент диффузии кислорода в воде [36] ) = = 2,6-10 см с, и через 3100 с первое слагаемое составляет 0,1 второго для сферы 10 мкм в диаметре первое слагаемое через 1 с составляет 1/18 второго. Очевидно, что для маленького по размеру электрода стационарное состояние достигается быстро. [c.321] Ток I — в произвольных единицах U — напряжение поляризации на катоде относительно анода В области плато ток / прямо пропорционален парциальному давлению кислорода Pq . [c.321] Форма кривой на рис. Х.9 (полярограмма) указывает на природу восстанавливающегося вещества в исследуемом растворе, по высоте плато можно судить о его концентрации. Если приложенный потенциал в области плато поддерживать постоянным, то различной концентрации восстанавливающегося вещества (в данном случае кислорода) будет соответствовать различная высота плато. Природа анода в электролитической ячейке определяется ее размерами. Если размеры ячейки позволяют, то применяют каломельный полуэлемент, в случае ограниченного пространства удобнее использовать хлорсеребряный электрод. [c.321] Открытая система, изображенная на рис. Х.8, будучи удобной для анализа простых растворов, не подходит для работы с такими сложными объектами, как кровь и биологические ткани. [c.321] В самом простом случае — в стационарном состоянии — для такого типа электрода ток (/) пропорционален значению ро, с наружной стороны мембраны, как это изображено на рис. X.1I для идеального электрода (8]. Принято, что электрод поляризован в области плато. Кислородный электрод обычно поляризуется при потенциале —0,5н-—0,8 В относительно анода или электрода сравнения, но действительное наирял ение поляризации свое для каждого электрода и материала, из которого он изготовлен. Следовательно, необходимо проверять линейность электродной функции к ро, и калибровать электрод по газообразному N3 (без кислорода — для установки нуля прибора) и комнатному воздуху [20,93% (об.) 0J. [c.322] Апдайк И Хикс [2 ] разработали энзимный электрод на основе кислородного электрода Кларка, который имел сдвоенные катоды с глюкозооксидазой, иммобилизованной в полиакриламидном геле. Принцип устройства энзимного электрода ясен из рис. XI.I на рис. Х1.2 показан энзимный электрод с двумя катодами, применявшийся Апдайком и Хиксом. [c.324] Диаметр кончика платинового катода менее 25 мкм, а толщина, пластмассовой мембраны — 25 мкм. Устройство с двумя катодами (см. рис. XI.2) позволяет элиминировать влияние на энзимный электрод, поскольку электрод чувствителен и к глюкозе, и к О2. Глюкозооксидазу помещают на обоих катодах, но так как один из них нагревают выше 7 С [3], то происходит потеря активности энзима и катод становится нечувствительным к глюкозе. Однако на изменение парциального давления кислорода ро, катод реагирует. Фиксируя разницу между выходом продуктов реакции на двух катодах с одним и тем же хлорсеребряным электродом сравнения, можно определить изменения в концентрации глюкозы. [c.325] Потенциал относительно НКЭ составляет 0,4 В. [c.327] Для оценки содержания D-глюкозы применяют и другой электрохимический метод — вольт-амперометрию на постоянном токе. Один электрод представляет собой систему, являющуюся и катализатором, в которой энзим (глюкозооксидаза) иммобилизован в матрице из полиакриламидного геля на платиновой сетке [7, 18], другой электрод—платина. При пропускании постоянного тока через элемент глюкоза окисляется (при pH = onst), и измеряется потенциал системы. Зависимость потенциал —ток линейна, угловой коэффициент прямой составляет —56 мВ. [c.327] Катализаторами реакции (Х1.7) могут служить ионы молибдата [14, 15] или фермент пероксидаза, эффективность которого выше при малых концентрациях иодида. Поскольку НпО реагирует с иодидом в стехиометрических соотношениях, изменения концентрации последнего могут быть измерены с помощью 1 -селек-тивного электрода. Уменьшение активности иодида измеряли как в потоке [21, 22], так и в неподвижном растворе [21 ]. Два П-се-лективных электрода (индикаторный и электрод сравнения) разделяли замедляющим змеевиком, и камеру, в которой происходила реакция, помещали в поток раствора. Двойной энзимный электрод применяли для измерений в неподвижных растворах [21 ]. [c.328] При измерениях в неподвижном растворе можно использовать три различных способа иммобилизации энзима в электродном устройстве [21 ]. В первом энзимный слой представляет собой раствор глюкозооксидазы (100 мг/мл) и пероксидазы (50 мг/мл). Во втором способе энзимная смесь физически закреплена в полиакриламиде, который полимеризуется под влиянием света на нейлоновой сетке. Третий способ заключается в том, что смесь энзимов химически связана с матрицей из полиакриловой кислоты. Во всех случаях энзимный слой на Г-селективном мембранном электроде закрывается чашечкой, сделанной из диализной бумаги. Электроды хранят в фосфатном буферном растворе при pH = 6. [c.329] Вернуться к основной статье