Esercitazione 2 - Sensori di pH...a) Misurare 200 ml di soluzione di HCl con il cilindro graduato b)...
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ESERCITAZIONI DI LABORATORIO PER IL CORSO DI BIOSENSORI A.A. 2017/2018 Esercitazione 2 – misure di pH Andrea Spanu, PhD Fondazione Bruno Kessler Università di Cagliari
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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
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'
=𝑔
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
L’elettrodoavetro[2/5]
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).
L’elettrodoavetro[3/5]
Ovviamenteilcircuitotrasoluzioneinternaedesternadeveesserechiuso,facendoperòinmodocheleduesoluzioninonsicross-contaminino.Quindileduesoluzionisonocontemporaneamente“connesse”e“isolate”?Perottenereciò,siutilizzaunpiccoloforonellaparetedell’elettrodoalcuiinternoèpresenteunsettoporosoceramico (inversionipiùvecchiesiutilizzaval’asbesto…).Inquestomodolasoluzioneinternadifattoscorremolto(molto!)lentamenteattraversoilsetto,chiudendodifattoilcircuito.Perrenderequestoprocessoancorapiùlento(eaumentarecosìlavitadell’elettrodostesso)alcunielettrodiutilizzanoelettrolitigel.
L’elettrodoavetro[5/5]
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)
L’elettrodoavetro[4/5]
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
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:1.2g/ml– densitàacqua:1g/l• MMNaOH=39,997g/mol
Esercitazione2.2– 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• DaigrammidiHCl ricavareigrammidisoluzioneal37%tramitelarelazione
• gHCl:37=gTOT:100• RicavareimldiHCl equellidiacquadeionizzatautilizzandoledensitàeigrammi
