Potensiometri er en elektrokjemisk metode som går ut på måling av en indikatorelektrodes potensial i forhold til en referanseelektrode.
Målingene tar utgangspunkt i redoksreaksjoner ved elektrodene.Målt potensial brukes til å beregne konsentrasjon av ionet som skal bestemmes (1)(4).
Potensiometri er mye brukt i klinisk kjemi for å måle pH, pCO2 og ioner(Na+,K+, Cl-, Ca2+, Mg2+, Li+).
En galvanisk celle genererer elektrisk strøm fra en kjemisk reaksjon og består av to elektroder (halvceller) bundet sammen. Den ene elektroden kalles en anode,
mens den andre kalles en katode, hvor det skjer henholdsvis en oksidasjon og en reduksjon.
En elektrode består av et metallisk strømførende stoff i en løsning av ioner, som kan lede elektroner fra en løsning til en annen.
I potensiometri er den ene av elektrodene en referanseelektrode, mens den andre er en indikator/måleelektrode.
En referanseelektrode er en halvcelle med et kjent elektrodepotensiale som holdes konstant ved konstant temperatur og som er avhengig av sammensetningen av analytten.
En indikatorelektrode har et potensiale som varierer på en kjent måte etter variasjoner av konsentrasjonen av analytten.
Elektrodene kan ha en ioneselektiv membran, som er spesifikk for ionet vi ønsker å måle på. Glassmembraner er mye brukt i måling av pH,
og man sier at elektroden med denne membranen er selektiv for H+. Elektroden blir da kalt en ioneselektiv elektrode.
En elektrolytt er en løsning som inneholder frie ioner, og som fungerer som et elektrisk strømførende (elektronførende) materiale.
Elektrolytten består av en eller flere løsninger som er i direkte kontakt med hverandre, eller separert av membraner som er permeable for bestemte anioner eller kationer.
Den ene av elektrolyttløsningene kalles en analytt, og er en ukjent løsning med stoffet som skal analyseres. Denne kan byttes ut med en passende
referanseløsning om metoden skal kalibreres. Den andre er en kjent løsning. I tillegg inneholder cellen en saltbro som kompenserer for elektrontapet fra oksidasjonen ved anoden.
Saltbroen lar elektronene vandre tibake til løsningen med anoden, gjerne i form av et anion.
Slik unngår man at en av løsningene blir uønsket sterkt positivt ladet, eller omvendt.
I tillegg hindrer saltbruen komponentene i analytten fra å blandes med komponentene i referanseelektroden(2)(4).
Figur 1: Potensiometrisk celle til måling av konsentrasjoner.
Elektrodepotensialet som dannes mellom de to elektrodene, kalles den elektromotive kraften (Emk). Også kalt elektromotorisk spenning(Ems) eller Elektromotorisk volt(Emv).
Måling av spenning i en elektrode for å finne konsentrasjon av analytt kan ikke måles direkte, men måles relativt i forhold til referanseelektroden. Man påfører like stort potensialet som det allerede er i cella, og når strømmen er 0, måles det totale elektrodepotensialet. Man regner så ut differansen til hver halvcelles reduksjonspotensialet, hvor referanselektrodens potensiale er satt til 0V. Til dette brukes et voltmeter(på tegningen kalt digital meter, Fig. 1). Potensialet kan så brukes til å beregne konsentrasjonen av det bestemte ionet i den ukjente løsningen. Dette gjøres ved hjelp av Nernst likning. (3)
Figur 2: Nernst likning: Ecelle: Det totale elektrodepotensialet, E0: Standard elektrodepotensial, R:gasskonstanten, T: Temperatur i Kelvin, n: antall mol elektroner som deltar i halvreaksjonen, F: Faradays konstant.
Ligningen er eksakt om man anvender aktiviteten til ionene, men feilen ved bruk av konsentrasjon er liten, spesielt i fortynnede løsninger.
Til daglig bruk anvendes referanseelektroder av kalolmel(Hg/HgCl2) eller sølv/sølvkloridelektroden(Ag/AgCl). Ellers anvendes også Standard referanseelektrode er SHE (Standard Hydrogen Elektrode).
Referanser:
- http://www.snl.no/potensiometri
- Skoog, West, Holler, Crouch, Fundamentals of analytical chemistry, chapter 21, Eight ed, Thomson, 2004, ISBN: 978-0-534-41797-0, fig. 1 - potensiometrisk celle; finnes i boka som fig. 21-1; s. 589, Glasselektrode for å måle pH: s. 596, kalolmelelektrode: fig 21-2, s. 591, Ag/AgCl elektrode: s. 592, Ej(liquid junction potential): s. 592,
- C.A.Burtis, E.R.Ashwood, D.e. Bruns, Tietz, Fundamentals of clinical chemistry,sixth ed., Saunders Elsevier 2008, ISBN:978-0-7216-3865-2, Nernst ligning: s. 86, potensiometri: s. 84-85, ioneselektive elektroder: s. 90-91.
- James E. Brady: Generell kjemi, Kapittel 18, 2 utg., John Wiley and sons og Tapir akademiske forlag 2004, ISBN: 82-519-1957-6