Esercitazione 2 - Sensori di pH...a) Misurare 200 ml di soluzione di HCl con il cilindro graduato b)...

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ESERCITAZIONIDILABORATORIOPERILCORSODI

BIOSENSORIA.A.2017/2018

Esercitazione2– misuredipH

AndreaSpanu,PhDFondazioneBrunoKessler

UniversitàdiCagliari

Sidefiniscesoluzioneunamiscelaomogeneadi2opiùcomponentioccupantilastessafase.

Unasoluzionepuòesserein:• Fasesolida (leghemetalliche)• Faseliquida (gas+liquido,liquido+liquido,solido+liquido)• Fasegassosa (miscelagassosa)

Inunasoluzioneinfaseliquidadistinguiamo:• Solvente(componenteliquidopiùabbondante)• Soluto(unoopiùcomponentiminori)

Soluzioni– Concettibase

Lesoluzioniacquosesonouncasoparticolaredellesoluzioniinfaseliquida:•IlsolventeèH2O•Isolutipossonoesseredivisiindueclassi:

Elettroliti (NaCl, HCl, H2SO4…) Non elettroliti (glucosio, amido, etanolo…)

Leunitàdiconcentrazionepossonoesserediviseinduegruppi

• Basatosulrapportotrapeso delsolutoepeso delsolventeodellasoluzione

• IndipendentedaT

• Basatosulrapportotrapesodelsolutoevolume dellasoluzione

• DipendentedaT

• Percentualeinpeso• Frazionemolare• Molalità

• Molarità• Normalità• Percentualein

Volume

• Leproprietàdellesoluzionidipendonodallequantità relativedellesostanzechelecompongono.• Bisognaspecificarequantitativamente lacomposizionediunacertasoluzione.• LaCONCENTRAZIONEdiunasoluzioneesprimelacomposizionequantitativa diquellasoluzione.

Unitàdiconcentrazione[1/3]

• Composizionepercentualeinvolume(%)v=gdisolutoin100mldisoluzione

• Molarità:Moli(n)disolutocontenutein1ldisoluzione:

𝑀 =𝑛𝑉=

𝑔𝑀𝑀 ∗ 𝑉'

• Es.:• 1moledisolutoin1ldisoluzioneà soluzione1M• 0.5molidisolutoin1ldisoluzioneà soluzione0.5M• 0.5molidisolutoin0.5ldisoluzioneà soluzione1M

Ilpesomolecolareomassamolecolare(MM) èl’equivalenteingdiunamoledisostanza:

• HClà 36.46g/mol• H2O2 à 34.02g/mol• NaOHà 40.01g/mol• …

• NormalitàNumerodiequivalenti(neq) disolutocontenutiin1ldisoluzione:

𝑁 =𝑛)*𝑉'

𝑃𝐸 ∗ 𝑉'

Ilpesoequivalente(P.E.) diunasostanzadipendedallareazionechesiconsidera:

P.E.diunacido:PM/numeroH+ dissociabiliP.E.diunabase:PM/n.OH- dissociabili

• HClà 36.46• H2O2 à 17.01• NaOHà 40.01• …

Unitàdiconcentrazione[2/3]

• Composizionepercentualeinpeso(%)p =gdisolutoin100gdisoluzione

• IlterminepH èlacontrazionedi“potential ofHydrogen”• pH =-log10[H3O+]

Lanotazionelogaritmicaèutilizzataperesprimerenumerimoltograndi/piccoliinmanierasempliceeveloce

Es.:Autoionizzazione dell’acquakW =[H3O+][OH-]=1x10-14 [H3O+]=[OH-]=1x10-7

pkw =-log10kw =14pH =pOH =-log10[H3O+]=-log10[OH-]=7

pH – concettibase

pH– concettibase

Neuroingegneria

IngegneriaTissutale

Controllovitalitàcellulare

Realizzazionedinuovibiosensori

pH emetabolismocellulare

Farmacologia

DispositiviasemiconduttorepermisuredipH:l’ISFET

VFBISFET =VFBMOSFET + Eref +ϕij + χe +ϕeo −φM

L’elettrodoavetro[1/5]

• Approcciopotenziometrico(l’elettrodoavetrononèaltrocheunvoltmetromoltopreciso)

• ATTENZIONE:imodernielettrodiavetrosono,difattodispositivi,nonsingolielettrodi(elettrodiavetroCOMBINATI)!

• Misuradell’attivitàdelloioneidronio ([H3O+])• Lapartesensibileècostituitadallapartefinaledeldispositivo,cioèunbulbodivetrodalleparetisottilissime(spessorecirca0.1mm)sigillatoaltubodivetro(spesso).IltuttoèriempitodaunasoluzionediHCl (allaconcentrazionedi0.1M)

• ElettrodoAg/AgCl sigillatoall’internodeltubodivetro

https://www.youtube.com/watch?v=P1wRXTl2L3I

Protonation ofsylanol groups at theglass surface

pH Combinationelectrode

Si-O- +H3O+≡ Si-O-H++H2O

Laparteattivadell’elettrodoèlapiccolabolladivetroallafine.Mentreil“tubo”ècompostodaunvetrospesso,lapartefinaleèvolutamentefabbricatapiùsottilepossibile(<0.1mm).Lasuperficiedelvetroèprotonata siadallasoluzioneinternachedaquellaesterna finoacheilsistemanonraggiungel’equilibrio.Entrambelepartidellabollasicaricanoinvirtùdell’assorbimentodiprotoniequestodeterminaunadifferenzadipotenzialetrainternoedesterno.Questadifferenzadipotenzialeèdescrittadall’equazionediNernst edèdirettamenteproporzionalealladifferenzadipH traleduesoluzioni(quellainterna- diriferimento- equelladimisura).

Ovviamenteilcircuitotrasoluzioneinternaedesternadeveesserechiuso,facendoperòinmodocheleduesoluzioninonsicross-contaminino.Quindileduesoluzionisonocontemporaneamente“connesse”e“isolate”?Perottenereciò,siutilizzaunpiccoloforonellaparetedell’elettrodoalcuiinternoèpresenteunsettoporosoceramico (inversionipiùvecchiesiutilizzaval’asbesto…).Inquestomodolasoluzioneinternadifattoscorremolto(molto!)lentamenteattraversoilsetto,chiudendodifattoilcircuito.Perrenderequestoprocessoancorapiùlento(eaumentarecosìlavitadell’elettrodostesso)alcunielettrodiutilizzanoelettrolitigel.

𝐸.'/00)')23456) = 𝐸7 +𝑅𝑇

2.303𝐹log(

𝐻EF0E6)G

𝐻5H30E6)G )

Nel caso dielettrodo diriferimento inAg/AgCl:

𝐸7 = 0.23𝑉 ± 10𝑚𝑉@25°C(misuratorispettoall’elettrodoaidrogenostandard)

𝐸.'/00)')23456) = 𝐸7 + 0.0591 𝑝𝐻5H30E6) − 𝑝𝐻EF0E6)

𝐸.'/00)')23456) = 𝐸7 + 0.0591𝑝𝐻5H30E6)

QRS.T7TU

= 0.0591 aT=25°C

ESERCITAZIONEN.2UtilizzodiunpH-meter ederivazioneconcentrazionesoluzioni

• 2.1Identificazionecomponentielettrodoavetro• 2.2CalibrazionepH-meter• 2.3MisuradelpH diunasoluzionediNaOH ecalcoloconcentrazione(num moli,molaritàegrammidisostanza)• 2.4MisuradelpH diunasoluzionediHCl ecalcoloconcentrazione(num moli,molarità,grammidisostanza,mldisostanza)

Materialenecessario• pH-meter• Agitatoremagnetico• Beaker (oBecher,oBeker!)(unoperlasoluzioneacida,unoperquellabasicaeunoperirifiuti)ecilindroinborosilicatoperlamisuraprecisadeivolumi

• Guanti• Occhialiprotettivi• Soluzionibufferdicalibrazione(pH 7e4)• SoluzioneNaOH (200ml)• SoluzioneHCl (200ml)

Esercitazione2.0

• CalibrazionepH-meter consoluzionibufferapH 7e4a) Posizionareilmagnetino dentrolasoluzionebufferapH 7emetterein

agitazioneb) Immergerel’elettrododivetrofacendoattenzionecheilsettoporososia

benimmersoc) Farpartirelacalibrazioneeattendered) Sciacquarel’elettrodoaccuratamenteconacquadeionizzatae) AsciugareCONMOLTADELICATEZZAl’elettrodof) Ripeteredalpuntoa)conlasoluzioneapH 4

Esercitazione2.1

• NaOHa) Misurare200mldisoluzioneNaOH

conilcilindrograduatob) Trasferireilliquidonelbeaker di

misurac) Inserireall’internoilmagnetino e

mettereinagitazioned) Inserirel’elettrodoemisurareilpH

(lasciarestabilizzareper2min)e) Sciacquareeasciugare

attentamentel’elettrodo

Materialedipartenza(MP):Pellet diIdrossidodisodio

pH misurato molarità #mol g del MP

________ ________ ________ ________

Es2.1- Datinecessariallosvolgimento

a) RelazionepH – Molarità:[H+]=10-pHMol/l

b) Volumesoluzionemisurata:250ml

c) MassaMolecolare(MM)NaOH:40g/mol

Esercitazione2.2• HCl

a) Misurare200mldisoluzionediHClconilcilindrograduato

b) Trasferireilliquidonelbeaker dimisura

c) Inserireall’internoilmagnetino emettereinagitazione

d) Inserirel’elettrodoemisurareilpH(lasciarestabilizzareper2min)

e) Sciacquareeasciugareattentamentel’elettrodo

Materialedipartenza(MP):SoluzioneHCLal37%inpesoinacquadeionizzata(dunque100gdiquellasoluzionecontengono37gdiHCl e63gdiH2O)

pH misurato molarità #mol g del MP ml del MP

________ ________ ________ ________ ________

Es2.2- Datinecessariallosvolgimento

a) RelazionepH – Molarità:[H+]=10-pHMol/l

b) Volumesoluzionemisurata:250ml

c) MassaMolecolare(MM)HCl:36.46g/mol

d) DensitàHCl:1.186g/ml

e) Densitàacquadeionizzata:1g/ml

f) Ricordarechelasoluzionedipartenzaèal37%inpesodiHCl inH2O

Esercitazione2.1– Svolgimento

• PartendodallamisuradipH,esapendocosacontienelasoluzione,ricavarsiigrammi

• pH=-log[H+]• [H+]=10-pH

• Quellochesiottieneèilvaloremolare(cioèmol/L)• Conoscendoilvolumeelamassamolecolare(MM)dellasostanzadipuòcalcolarefacilmentelaquantitàingrammidell’acido/baseutilizzato:

• Molarità=#mol/Là #mol =Molarità*Là #mol =g/MMà g=#mol*MM

• MMHCl=36,46g/mol – densitàHCl:1.186g/ml– densitàacqua:1g/l• MMNaOH=39,997g/mol

• pH=-log[H+]• [H+]=10-pH• Quellochesiottieneèilvaloremolare(cioèmol/L)• Conoscendoilvolumeelamassamolecolare(MM)dellasostanzadipuòcalcolarefacilmentelaquantitàingrammidell’acido/baseutilizzato:

• Molarità=#mol/Là #mol =Molarità*Là #mol =g/MMà g=#mol*MM

• MMHCl=36,46g/mol – densitàHCl:1.2g/ml– densitàacqua:1g/l• MMNaOH=39,997g/mol

• pH=-log[H+]• [H+]=10-pH

• Quellochesiottieneèilvaloremolare(cioèmol/L)• Conoscendoilvolumeelamassamolecolare(MM)dellasostanzadipuòcalcolarefacilmentelaquantitàingrammidell’acido/baseutilizzato:

• Molarità=#mol/Là #mol =Molarità*Là #mol =g/MMà g=#mol*MM• DaigrammidiHCl ricavareigrammidisoluzioneal37%tramitelarelazione

• gHCl:37=gTOT:100• RicavareimldiHCl equellidiacquadeionizzatautilizzandoledensitàeigrammi

Esercitazione 2 - Sensori di pH...a) Misurare 200 ml di soluzione di HCl con il cilindro graduato b)...

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