CONDUCTOMETRIE

CONDUCTOMETRIE

Determinarea concentratiei electrolitilor din plasma sanguina este foarte utila in practica clinica deoarece ofera indicatii asupra metabolismului hidromineral, asupra repartitiei apei in organism intre cele trei compartimente: intracelular, interstitial si vascular. In diferite tulburari ale echilibrului hidromineral aceasta repartitie poate suferi modificari importante. Determinarea concentratiei electrolitice a plasmei se poate face prin mai multe metode: conductivitate electrica, crioscopie sau prin dozarea separate a ionilor. Prin masurarea conductibilitatii sau a rezistivitatii se poate face o dozare destul de precisa si rapida a electrolitilor din plasma, substantele neionizabile cum sunt urea sau glucoza nefiind implicate in aceste determinari.

Notiuni teoretice de baza:

Se numeste conductivitate electrica G ( conductanta ), valoarea inversa a rezistentei, a mediului respectiv: G = , unde R este rezistenta electrica si se masoara in ohmi (). Pentru conductorii de ordinul II conductibilitatea este o proprietate caracteristica si depinde de concentratia ionilor in solutie (deci de gradul de disociere electrolitica), de numarul de purtatori de sarcina si de viteza cu care acestia transporta curentul in solutie.

Rezistenta electrica este data de relatia: R = , in care l este lungimea conductorului, s sectiunea, rezistenta specifica sau rezistivitatea ( masurata in .cm ). Ea depinde de mediului respectiv. Rezistenta specifica, , este rezistenta unui cub din acel mediu care are lungimea si sectiunea egala cu unitatea. Conductanta mediului G se masoara in ^-1, numita si Siemens ( S ) . Valoarea inversa a rezistentei specifice se numeste conductivitate electrica specifica :

= = ( ^-1cm^-1 ) sau ( S/cm )

Conductivitatea electrica specifica depinde de natura substantei, de temperatura si de concentratia solutiei. Pentru a determina conductivitatea electrica specifica a unui electrolit este nevoie de o celula de conductibilitate. Aceasta e alcatuita din doi electrozi de platina cu suprafata de cca 1 cm² si distantati la 1 cm, astfel incat volumul de lichid sa ramana acelasi pentru toate solutiile de masurat. Celula de conductibilitate se caracterizeaza prin constanta celulei, care este data de raportul dintre distanta dintre electrozi si suprafata lor,

k = ( cm^-1 )

Deoarece raportul l/S apare si in legea lui Ohm, constanta celulei se poate determina prin masuratori de rezistenta sau de conductanta a unor solutii etalon de electrolit cu conductivitate cunoscuta,

γ = G. k ( S.cm^-1 )

De obicei valoarea lui γ este data in prospectul aparatului . Spre exemplu, conductivitatea solutiilor de KCl la 25⁰ C este data in tabelul de mai jos.

In practica se utilizeaza conductivitatea echivalenta sau cea molara adica conductivitatea raportata la numarul de echivalenti-gram sau de molecule-gram de electrolit intr-un cm³ de solutie. Acestea sunt simbolizate prin Г_e si Г_m si pot fi calculate cu relatia :

Г_{e , m} = = .V

unde c _e,m = concentratia echivalenta sau cea molara, iar V este volumul in cm^3. Spre exemplu, fie o solutie molara a unei substante care disociaza in n ioni. Fiecare mol din aceasta solutie contine 6,02^. 10²³ molecule si poseda o sarcina electrica egala cu n^. 6,02^. 10^{23 .}1,6^. 10^-19 coulombi sau n Faraday. Prin definitie o concentratie de 1 Echivalent reprezinta concentratia ionilor pozitivi sau negativi care au o sarcina electrica de 1 Faraday. In exemplul de mai sus concentratia echivalenta a solutiei este de n Echivalent / litru. Experimental s-a putut demonstra ca conductivitatea echivalenta scade daca concentratia creste si se pot observa doua tipuri de comportamente care caracterizeaza electrolitii tari, respectiv cei slabi. La dilutii mari ( 1/ c 10 ⁴) ea ramane aproximativ constanta si se numeste conductivitate echivalenta la dilutie infinita . Extrapoland la origine, la dilutie infinita - unde comportamentul tinde sa fie ideal - se obtine conductivitatea echivalenta limita Г₀.

Fig.1. Dependenta conductivitatii electrice de concentratie pentru electroliti tari respectiv slabi.

Masurarea conductivitatii (rezistivitatii) are mare importanta in determinarea concentratiei ionilor din plasma sanguina. Valoarea normala a rezistivitatii plasmei sanguine la temperatura corpului este de 69-79 ohm.cm. O crestere a rezistivitatii a plasmei sanguine, indica o scadere a concentratiei electrolitilor din plasma. Concentratia totala a electrolitilor din plasma sanguina se poate determina cu ajutorul relatiei:

c = [ mEq / litru]

unde este rezistivitatea electrica, iar P proteinemia in g/l, care este data in functie de densitatea plasmei in tabelul de mai jos.

Tabelul 5

Valoarea normala a concentratiei totale a electrolitilor in plasma este de 310 mEq/l. Masuratorile conductometrice efectuate in legatura cu proprietatile electrice ale celulelor sanguine indica o valoare a capacitatii electrice de 1 μF/ cm² si o conductanta de 48 mS/cm, iar conductivitatea citoplasmei este de 4 mS/cm .

1. Utilizarea multimetrului electrochimic - pH, mV, temperatura si conductivitate intr-un singur instrument - CONSORT C 830.

La acest instrument pot fi conectate simultan un electrod de pH, un electrod redox, o celula de conductivitate si un senzor de temperatura. Parametrii tehnici:

Domeniu de masura: 0-14 pH, ± 1000 mV, 0-100sC, 0-100 mS/cm.

Rezolutie : 0.01 pH, 1 mV, 1sC, 0.1 μS/cm

Precizie - pH/mV - 0.5% din valoarea masurata.

- conductivitate- 2% pe toata scala.

Compensarea temperaturii- automat sau manual in intervalul 0-100 sC.

Calibrare -automata pH 2 puncte si conductivitate 1 punct

Recunoastere tampon - pH, 9 valori preprogramate.

Accesorii- celula de conductivitate SK10B

electrod de pH SP10B

senzor de temperatura ST10N

stativ flexibil cu brat.

Solutii tampon si pentru calibrare.

Pe cutia aparatului exista 5 taste. Cu tasta Mode se poate selecta modul de lucru (masurarea conductivitatii, pH, temperatura) procedura de etalonare si revenire la modul initial. Butonul CAL incepe sau continua etalonarea sau alegerea unei functii , sagetile ↑↓ se folosesc pentru alegerea manuala a unei valori sau a unei functii, iar tasta ON/OFF pentru conectarea sau deconectarea aparatului . Pe ecran pot aparea cateva mesaje sau coduri de eroare: / or / = depasirea scalei , / cc / = constanta celulei in afara domeniului de masura, / CAL/ = greseala de etalonare, / MEM/ = eroare de memorare. Nu se va introduce celula de conductivitate si electrodul de pH in acelasi timp in solutie.

Fig.2. Conductometrul CONSORT 830.

1.a. Modul de lucru pentru masurarea conductivitatii :

● Se selectioneaza gama de conductibilitate apasand pe butonul Mode.

● Dupa ce s-a spalat electrodul cu apa distilata, pe urma cu solutia etalon de 0,01 M KCl ( 1413 S/ cm ), se cufunda apoi electrodul in aceasta solutie.Temperatura solutiei nu are importanta, dar totusi ea trebuie sa fie cuprinsa intre 0 si 30 grade Celsius. Daca temperatura este diferita, se compenseaza manual la valoarea indicata . Apasati apoi tasta Cal.

● Aparatul va arata temperatura de referinta / r.20/ sau / r.25 /.Alegeti valoarea dorita si apasati tasta Cal.

● Aparatul va indica constanta celulei de ex. / 1.045 / si se etaloneaza automat cand afisajul este stabil ( adica tasta Cal inceteaza clipirea ).

● Dupa ce se clateste electrodul cu apa distilata, apoi cu solutia de masurat, se introduce in solutia de masurat si se citeste valoarea pe ecran.

● Dupa utilizare, spalati electrodul si introduceti-l in apa distilata ( adaugati putin detergent pentru a conserva mai bine suprafata electrozilor de platina).

1.b. Modul de lucru pentru masurarea pH.

● Se va selecta gama de pH cu ajutorul tastei Mode. Afisajul va indica imediat valoarea masurata la etalonarea precedenta. Pentru o noua etalonare, se apasa tasta CAL.

● Se clateste electrodul cu apa distilata si se introduce intr-unul din tampoane.

● Afisajul va indica unul dintre cele 9 tampoane din memorie, spre exemplu 4.01, in timp ce indicatorul pH de pe ecran clipeste. Se alege cu ajutorul sagetilor tamponul corespunzator si se apasa tasta Cal. Aparatul va arata tamponul masurat si se va calibra automat atunci cand afisajul este stabil(indicatia Cal de pe ecran nu mai clipeste).

● Se va clati electrodul cu apa distilata si se introduce in cel de-al doilea tampon.

● Afisajul va indica un nou tampon din memorie (de exemplu 9.18) in timp ce indicatorul pH de pe ecran clipeste. Se alege tamponul corespunzator si se apasa tasta Cal, etalonarea se face automat.

● Se clateste electrodul cu apa distilata si se introduce in solutia de masurat, apoi se citeste direct valoarea de pe ecran.

● Dupa folosire clatiti totdeauna electrozii cu apa distilata si pastrati in solutie de KCl cu concentratie 34 M.

1.c. Modul de lucru pentru masurarea mV.

● Selectionati gama mV cu tasta Mode.

● Dupa clatirea cu apa distilata se introduce electrodul in solutia de masurat si se citeste valoarea pe ecran.

● Dupa folosire se clateste cu apa distilata si se pastreaza in solutie KCl 34 M.

Pentru toate modurile de lucru se poate folosi concomitent senzorul de temperatura.

Aplicatie: 1) Se pregateste o solutie de KCl 1 n si o solutie de CH₃COOH 1 n, in apa distilata. Apoi se vor prepara dilutiile 0,1; 0,01; 0,001 si 0,0001 normal si se va determina conductivitatea si pH-ul lor. Datele se vor trece in urmatorul tabel. Se va reprezenta grafic conductivitatea in functie de concentratie pentru fiecare solutie.

2) Se va calcula concentratia totala de electroliti din plasma cunoscand valoarea normala a rezistivitatii electrice a plasmei, conform formulei de mai sus. Proteinemia se determina din tabelul 5 in functie de densitatea plasmei.