قياس التيار الكهربائي

الموسوعة الحرة

الأمبيرومتري في الكيمياء هو الكشف عن الأيونات في المحلول بناءً على التيار الكهربائي أو التغيرات في التيار الكهربائي.

تُستخدم قياسات التيار الكهربائي في الفيزيولوجيا الكهربائية لدراسة إطلاق الحويصلات باستخدام قطب كهربائي من ألياف الكربون . على عكس تقنيات التثبيت الموضعي ، لا يُدخل القطب المستخدم في قياسات التيار الكهربائي داخل الخلية أو يُلصق بها ، بل يُوضع بالقرب منها. تنشأ القياسات من تفاعل أكسدة لمحتويات الحويصلة المُطلقة في الوسط المحيط. ومن التقنيات الأخرى المستخدمة لقياس إطلاق الحويصلات القياسات السعوية .

هو التيار الكهربائي المقاس بين قطبين كهربائيين. يتناسب التيار المقاس طرديًا مع تركيز المادة المراد تحليلها. مثال: جهاز قياس نسبة الجلوكوز في الدم

يُستخدم الكربون كقطب عامل مُغطى بالوسيط وأكسيداز الجلوكوز. ويُستخدم قطب Ag/AgCl كقطب مرجعي. يُحفز إنزيم الأكسيداز تفاعل الجلوكوز مع الأكسجين. ويُقاس تركيز بيروكسيد الهيدروجين عن طريق الأكسدة التي تحدث عند جهد +0.6 فولت.

ح2يا2⟶يا2+2ح++2هـ-{\displaystyle H_{2}O_{2}\longrightarrow O_{2}+2H^{+}+2e^{-}}

يتناسب التيار طرديًا مع تركيز بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂ ) ، وهذا بدوره يتناسب طرديًا مع تركيز الجلوكوز. في حال انخفاض مستوى الأكسجين (O₂ ) ، يتوقف التحويل الكامل. لذا، يُضاف وسيط الفيروسين. الآن، يتناسب التيار طرديًا مع تركيز الفيروسين، والذي بدوره يتناسب طرديًا مع تركيز الجلوكوز.

تاريخ

كان الكشف الكهروكيميائي أو الأمبيرومتري، كما استُخدم لأول مرة في كروماتوغرافيا الأيونات، يُعرف باسم الأمبيرومتري أحادي الجهد أو التيار المستمر، وهو مفيد لبعض الأيونات النشطة كهروكيميائيًا مثل السيانيد والكبريتيت واليوديد. وقد ساهم تطوير الكشف الأمبيرومتري النبضي (PAD) للمواد التحليلية التي تُلوِّث أسطح الأقطاب عند الكشف عنها في ابتكار فئة جديدة من كروماتوغرافيا الأيونات لتحديد الكربوهيدرات . كما ساهم تطور آخر، يُعرف باسم الأمبيرومتري المتكامل، في زيادة حساسية الكشف عن أنواع أخرى من المواد النشطة كهروكيميائيًا، مثل الأمينات والعديد من المركبات التي تحتوي على مجموعات كبريت مختزلة ، والتي قد لا يُكشف عنها أحيانًا بشكل جيد بواسطة الكشف الأمبيرومتري النبضي. [ 1 ]

ثبت أنه يمكن الكشف عن النواقل العصبية كهروكيميائيًا عن طريق زرع قطب كربوني في النسيج وتسجيل التيار الناتج عن أكسدة النواقل العصبية. [ 2 ] أُجريت إحدى القياسات الأولى باستخدام قطب من ألياف الكربون مزروع في الجسم المخطط الجديد للفئران. [ 3 ] كما أُجريت دراسات أخرى على خلايا الكرومافين للتحقق من إطلاق الكاتيكولامينات من الحويصلات الكبيرة ذات النواة الكثيفة. [ 4 ] [ 5 ]

أساليب الكشف

قياس التيار الكهربائي أحادي الجهد

أي مادة قابلة للأكسدة أو الاختزال تُعدّ مرشحةً للكشف الأمبيرومتري. أبسط أشكال الكشف الأمبيرومتري هو الأمبيرومتري أحادي الجهد، أو الأمبيرومتري بالتيار المستمر . يُطبّق جهد كهربائي بين قطبين كهربائيين موضوعين في سائل عمود الفصل . يتغير التيار المقاس مع أكسدة المادة الكهروكيميائية النشطة عند المصعد أو اختزالها عند المهبط. استُخدم الأمبيرومتري أحادي الجهد للكشف عن أنيونات الأحماض الضعيفة، مثل السيانيد والكبريتيد ، والتي تُشكّل صعوبةً في الكشف عنها باستخدام طرق التوصيل الكهربائي. ميزة أخرى، وربما أكثر أهمية ، للأمبيرومتري مقارنةً بطرق الكشف الأخرى لهذه الأيونات وغيرها، مثل اليوديد والكبريتيت والهيدرازين ، هي الخصوصية. يُمكن ضبط الجهد المُطبّق لزيادة استجابة المادة المراد تحليلها إلى أقصى حد، مع تقليل استجابة المواد المتداخلة إلى أدنى حد [ 6 ].

قياس التيار النبضي (الكشف الأمبيرومتري النبضي، PAD)

يُعدّ قياس التيار الكهربائي النبضي امتدادًا لقياس التيار الكهربائي أحادي الجهد، ويُستخدم غالبًا مع المواد التي تُلوّث الأقطاب الكهربائية. تُقلّل هذه المواد الإشارة مع كل تحليل، مما يستدعي تنظيف القطب. في الكشف الأمبيرومتري النبضي (PAD)، يُطبّق جهد تشغيل لفترة وجيزة (عادةً بضع مئات من الملّي ثانية)، يليه جهد أعلى أو أقل يُستخدم لتنظيف القطب. يُقاس التيار فقط أثناء تطبيق جهد التشغيل، ثم تُعالج قياسات التيار المتتابعة بواسطة الكاشف لإنتاج إشارة سلسة. يُستخدم PAD غالبًا للكشف عن الكربوهيدرات بعد فصلها بتبادل الأنيونات، ولكن تطوير التقنيات ذات الصلة يُبشّر بإمكانية الكشف عن الأمينات، ومركبات الكبريت المختزلة، وغيرها من المركبات النشطة كهربائيًا.

مبدأ

لتسجيل اندماج الحويصلات، يُقرَّب قطب كهربائي من ألياف الكربون من الخلية. يُثبَّت القطب عند جهد موجب، وعندما تقترب محتويات الحويصلة المندمجة من القطب، يؤدي تأكسدها إلى نقل الإلكترونات إلى القطب. ينتج عن ذلك ارتفاع مفاجئ في الجهد، يمكن استخدام حجمه لتقدير عدد الحويصلات، بينما يوفر تردده معلومات حول احتمالية الإطلاق. [ 7 ]

مراجع

  1. ↑ دي سي جونسون و دبليو آر لاكورس، الكيمياء التحليلية ، 62 (1990)، 589A-97A
  2. ↑ كيسنجر، بي تي، هارت، جيه بي، آدامز، آر إن (مايو 1973). "الفولتامترية في أنسجة المخ - قياس عصبي فيزيولوجي جديد". أبحاث الدماغ . 55 (1): 209-213 . doi : 10.1016/0006-8993(73)90503-9 . PMID 4145914 . 
  3. ↑ جونون ف، سيسبجليو آر، بونشون جي إل، وآخرون . (أبريل 1978). “في الجسم الحي التحديد الكهروكيميائي المستمر لإطلاق الدوبامين في الجسم المخطط للفئران”. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences، Série D (باللغة الفرنسية). 286 (16): 1203– 6. بميد 96981 .  
  4. ↑ ليزتشيزين دي جيه، جانكوفسكي جيه إيه، فيفيروس أو إتش، ديليبيرتو إي جيه، نير جيه إيه، وايتمان آر إم (سبتمبر 1990). "إفراز الكاتيكولامينات بوساطة مستقبلات النيكوتين من خلايا الكرومافين الفردية. دليل كيميائي على الإخراج الخلوي" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 265 (25): 14736-14737 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)77173-1 . PMID 2394692 . 
  5. ↑ وايتمان آر إم، جانكوفسكي جيه إيه، كينيدي آر تي، وآخرون (ديسمبر 1991). "ارتفاعات الكاتيكولامينات المحددة زمنيًا تتوافق مع إطلاق حويصلة واحدة من خلايا الكرومافين الفردية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 88 (23): 10754-10758 . Bibcode : 1991PNAS...8810754W . doi : 10.1073/pnas.88.23.10754 . PMC 53009. PMID 1961743 .   
  6. ↑ سيتل، ف. (محرر). (1997). دليل التقنيات الآلية للكيمياء التحليلية (الطبعة الأولى). برنتيس هول.
  7. ↑ موشاروف إي في، سولزر دي (سبتمبر 2005). "تحليل أحداث الإخراج الخلوي المسجلة بواسطة قياس التيار الكهربائي". نيتشر ميثودز . 2 (9): 651-658 . doi : 10.1038/nmeth782 . PMID 16118635. S2CID 15489257 .