Кондуктометрическое титрование. Электропроводность клеток и тканей в норме и паталогии.

Кондуктометрическое титрование (его иногда называют также просто кондуктометрией) – это процедура, основанная на изменении электрической проводимости растворов при химических реакциях, при которых концентрация ионов различной подвижности меняется. Этот метод электрохимического анализа применим в водно-органических, водных и неводных средах. Соответствующие кривые титрования, наглядно демонстрирующие зависимость электропроводности от количества добавляемого реагента (титранта), как правило, имеют характерный излом в точках эквивалентности. При кондуктометрическом титровании смеси различных электролитов количество изломов будет таким образом равно количеству определяемых компонентов, способных вступить во взаимодействие с титрантом. По своей форме кривые могут различаться. Кондуктометрическое титрование в современных условиях основывается на различных реакциях. Самое широкое применение получили кислотно-основные взаимодействия. Метод характеризуется высокой чувствительностью, достаточно высокой точностью и простотой методик.

Различают прямую кондуктометрию и кондуктометрическое титрование.

Прямая кондуктометрия - метод, позволяющий путем непо-средственного измерения электропроводности раствора определять концентрацию электролита.

Кондуктометрическое титрованиеосновано на измерении электропроводности раствора неизвестной концентрации в процессе титрования. Конец титрования находят по излому хода кривых титрования до и после точки эквивалентности в координатах: электропроводность - объем рабочего раствора.

Конструкции измерительных ячеек весьма разнообразны. В прямой кондуктометрии обычно применяют ячейки с жестко закрепленными в них электродами. В методах кондуктометрического титрования часто используют так называемые погружные электроды, позволяющие проводить титрование в любых сосудах, в которых можно разместить электроды.

.В кондуктометрическом титровании могут быть использованы все типы химических реакций.

Сильные и слабые кислоты титруются щелочью при достаточно малых концентрациях ( до 10 ^-4 М). Могут быть определены также сильные и слабые основания, смеси слабых кислот, смеси слабых оснований, а также смеси кислот или оснований с солями слабых кислот или слабых оснований.

Методом кондуктометрического титрования определяют многие катионы и анионы. Например, для определения Cl ^-, Br ^-, I ^-, CN ^-, VO₃^2-, C₂O₄^2- и других анионов используют в качестве титранта нитрат серебра.Кондуктометрическое титрование раствором ЭДТА применяют для определения Fe³⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и других катионов.

Широкие возможности открывает использование неводных растворителей: диметилформамида, ацетона, ледяной уксусной кислоты. В ледяной уксусной кислоте, например, определяют алкалоиды, антибиотики и другие продукты фармацевтической промышленности.Кондуктометрические методы характеризуются высокой экспрессностью, простотой и достаточной точностью ( погрешность составляет 1 - 2 %, при соблюдении специальных условий она снижается до 0,2 % ), возможностью автоматизации и дистанционного управления. Ограничением метода является низкая селективность.

Основным достоинством метода высокочастотного титрования является возможность анализа любых агрессивных сред, так как электроды с анализируемым раствором не соприкасаются, например, их можно поместить с наружной стороны трубопровода.Прямое измерение электрической проводимости является наиболее эффективным методом контроля качества дистиллированной воды в лабораториях, технической воды в так называемых тонких химических или фармацевтических производствах, в технологии водоочистки и оценке загрязненности сточных вод и т. д.

Значительно более сложный характер носит электропроводность клеток и тканей для переменного тока. Так как биологические объекты обладают как проводимостью, так и емкостью, то они будут характеризоваться как активным, так и реактивным сопротивлением, в сумме составляющими импеданс объекта. Импеданс биологической ткани зависит от частоты тока: при увеличении частоты реактивная составляющая импеданса уменьшается. Частотно-зависимый характер емкостного сопротивления является одной из причин зависимости импеданса биологических объектов от частоты тока, т.е. дисперсии импеданса. Изменение импеданса с частотой обусловлено также зависимостью поляризации от периода действия переменного тока. Если время, в течение которого электрическое поле направлено в одну сторону, больше времени релаксации какого-либо вида поляризации, то поляризация достигает своего максимального значения и вещество будет характеризоваться постоянными значениями диэлектрической проницаемости и проводимости. До тех пор, пока полупериод переменного тока больше времени релаксации, эффективная диэлектрическая проницаемость и проводимость объекта не будут изменяться с частотой. Если же при увеличении частоты полупериод переменного тока становится меньше времени релаксации, то поляризация не успевает достигнуть максимального значения. После этого диэлектрическая проницаемость начинает уменьшаться с частотой, а проводимость возрастать. При значительном увеличении частоты данный вид поляризации практически будет отсутствовать, а диэлектрическая проницаемость и проводимость снова станут постоянными величинами.При изучении частотных зависимостей сопротивления и емкости биологических объектов было обнаружено три области дисперсии: ?, ? и ?. ?-Дисперсия занимает область низких частот, примерно до 1 кГц. Ее объясняют поверхностной поляризацией клеток. По мере увеличения частоты переменного тока эффект поверхностной поляризации уменьшается, что проявляется как уменьшение диэлектрической проницаемости и сопротивления ткани. B-Дисперсия занимает более широкую область частот: 103-107 Гц. Общая картина частотной зависимости электрических параметров сохраняется для всех тканей. Некоторые индивидуальные особенности ее определяются размерами и формой клеток, величиной их проницаемости, соотношением между объемом клеток и межклеточных пространств, концентрацией свободных ионов в клетках, содержанием свободной воды и др. Изменение состояния клеток и тканей, их возбуждение, изменение интенсивности метаболизма и других функций клеток приводит к изменению электропроводности биологических систем. В этой связи изменение электропроводности используют для получения информации о функциональном состоянии биологических тканей, для выявления воспалительных процессов, изменения проницаемости клеточных мембран и стенок сосудов при патологии или действии на организм различных факторов, для оценки кровенаполнения сосудов органов и тканей и др.Дисперсия электрических свойств тканей, обусловленная состоянием заряженных частиц, играет важную роль в действии на организм лечебных физических факторов, в особенности переменных токов, электромагнитных полей и их составляющих. Они определяют их проникающую способность, селективность и механизмы поглощения энергии факторов, первичные механизмы их действия на организм.