Методы практической биохимии - Уильямс Б.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 7.1. Схема потенциометрической Цепи для "измерения э.д.с. электрохимического элемента.'
Гл. 7. Потенциометрия, электрометрия и полярография 215
Каждый металлический электрод вместе с раствором, в который он погружен, составляет полуэлемент. Измерить разность потенциалов изолированного полуэлемента невозможно; для этого он должен быть связан со вторым полуэлементом, потенциал которого принимается за начало отсчета. В качестве такого стандарта берут полуэлемент с водородным электродом, однако из-за трудности работы с ним на практике вместо водородного электрода зачастую применяют так называемые электроды сравнения.
Некоторые содержащиеся внутри клетки соединения — цито-хромы, хиноны, ферредоксины и нуклеотиды — могут существовать как в окисленной, так и в восстановленной форме. Потенциометрическое определение окислительно-восстановительных потенциалов, обусловленных этими соединениями, может помочь в выяснении механизма и путей переноса электронов в митохондриях и хлоропластах.
Некоторые виды полуэлементов, применяемые в биохимической практике, такие, как стеклянные электроды для измерения pH и электроды с избирательной проницаемостью для различных ионов (ион-селективные), создают разность потенциалов, которую обычно нельзя измерить потенциометрически. У стеклянного электрода, например, сопротивление может достигать тысячи миллионов ом, и его разность потенциалов лучше всего измерять с помощью одного или нескольких ламповых электрометров (разд. 7.4.1).
Окислительно-восстановительные потенциалы можно рпре-делить и с помощью полярографических методов, хотя эта методика в принципе отличается от описанной выше. При полярографии не измеряют э.д.с., производимую электрохимической ячейкой, а наоборот, прикладывают напряжение к системе и измеряют результирующую силу тока. Полярография в биохимической практике применяется в основном не для измерения окислительно-восстановительных потенциалов, а для качественного и количественного анализа различных веществ.
Как окислительно-восстановительные потенциалы, так и pH можно оценить с помощью красителей-индикаторов. Важно, чтобы каждый из этих красителей обладал чувствительностью либо к pH, либо к изменению окислительно-восстановительного потенциала, но не к тому и другому одновременно, однако зачастую это требование невыполнимо.
7.2. Стандартный водородный электрод
При использовании водородного электрода в качестве стандартного полуэлемента принимают создаваемый им при заданных условиях потенциал равным нулю. Принято, что потенциал обратимого водородного электрода пли парциальном давлении газообраз-
216 Часть III. Аналитические методы
ного водорода 1 атм, находящегося в равновесии с раствором ионов водорода при их активности, равной единице, имеет нулевое значение при любой температуре.
Электрод состоит из устойчивого к коррозии металлического стержня (например, платина, покрытая платиновой чернью), погруженного в раствор соляной кислоты в концентрации 1,228 М; через раствор вокруг электрода пропускается газообразный водород под давлением 1 атм. В результате равновесия, устанавливающегося между газообразным водородом и ионами водорода, на электроде возникает стандартный потенциал, который принимается за нуль.
Подобный электрод можно использовать для определения концентрации водородных ионов, если погрузить его в раствор с неизвестным pH. В этом случае в цепь включают какой-либо электрод с постоянным потенциалом; получаемая э.д.с. зависит от pH раствора.
С применением водородного электрода связано много технических трудностей. Газообразный водород должен быть высокоочи-щенным, свободным от кислорода и подаваться под постоянным давлением. Платиновая чернь легко отравляется не только кислородом, но и другими веществами, например белками. Это ограничивает применение водородного электрода даже в качестве стандартного, а при измерении pH возникает еще больше сложностей из-за химических реакций между газообразным водородом и компонентами исследуемого раствора. Вследствие этого для измерения pH обычно применяют другие электроды.
7.3. Электроды сравнения
В лабораторной практике электроды сравнения применяются гораздо шире, чем водородные. Величину возникающего на них устойчивого потенциала предварительно определяют по сравнению со стандартным водородным электродом. Как правило, контакт электрода сравнения с испытуемым раствором осуществляется через агаровый мостик (агар, приготовленный на растворе КС1). К сожалению, при этом возникает так называемая контактная разность потенциалов, величина которой неизвестна.
Очень важно следить за тем, чтобы хлористый калий диффундировал в наружный раствор медленно, поскольку он может загрязнять образец. В тех случаях, когда целью работы является измерение концентрации калия или хлора с помощью ион-селектив-ных электродов, необходимо проводить специальный контроль.
Наиболее распространенными электродами сравнения являются каломельные электроды (рис. 7.2); они образованы раствором хлористой ртути (каломели) и хлористого калия, находящимся в кон-
