Tentamen-Sensorer Flashcards
a) Hur ser den allmäna principiella uppbyggnaden av en sensor inom analytisk kemi ut? (2p)
En enhet som reagerar selektivt med analyten i provet + en ospecifik enhet som omvandlar den kemiska energin till något mätbart (en signalomvandlare)
b) Ge exempel på vad de olika delarna består av och vad det är för storheter som mäts när det gäller optiska, elektrokemiska respektive biokemiska sensorer. (3p)
• En optisk sensor kan ha ett reagens immobiliserat på den del som är i kontakt med provet sedan mäts en ändring i tex absorbans eller fluorescens. En elektrokemisk sensor är tex en jonselektiv elektrod som har ett membran som är selektivt för vissa joner, spänningen mätr. En biokemisk sensor har en mätenhet till vilken det är kopplat ett enzym eller antikroppar som är känsliga för vissa analyter, ström eller spänning eller ledningsförmåga mäts.
c) En jonselektiv elektrod mäter aktivitet och inte koncentration. Förklara skillnaden och vad man gör för att klara av problemet. (2p)
Aktiviteten ändras då jonstyrkan ändras, därför måste denna hållas konstant med tex TISAB-buffert. a = γ * c
d) Hur ser kalibreringsfunktionen ut för en jonselektiv kalciumelektrod. Rita även en kalibrerkurva för kalciumelektrod respektive nitratelektrod. (3p)
Nernsts ekvation E = E´ + RT*ln10/2F * log (Ca)
a) Ge en allmän definition på en sensor och beskriv dess principiella uppbyggnad. (2p)
Sensor mäter specifika kemiska substanser kontinuerligt och reversibelt. Den består av en receptordel som reagerar selektivt med analyten och en signalomvandlare som omvandlar den kemiska informationen til tex spänning eller ström.
b) Hur uppstår den potential man vill mäta i en jonselektiv elektrod? (2p)
Den jonselektiva elektroden har ett membran på vilket det uppstår en laddningsskillnad på utsidan jämfört med insidan. Detta ger upphov till den potential som mäts.
c) Jonselektiva elektroder mäter egentligen jonens aktivitet och inte dess koncentration. Hur kan man komma runt det problemet? (2p)
Aktiviteten förändras då jonstyrkan ändras men om denna hålls konstant kan koncentrationen av analyten mätas.
d) Vilken kalibrerfunktion är det som gäller för en jonselektiv elektrod och hur ser kalibrerkurvan ut för en sulfatelektrod respektive pH-elektrod? Rita och ange vad som står på axlarna. (4p)
• Nernsts ekvation: E = E´ +/- RT/nF·ln10*log(a)
a) Vad är det för ett kalibreringssamband som gäller för en nitratselektiv elektrod? Rita kalibrerkurvan. (4p)
Nernst elektron. E = E’ -RTln10/[aNO3]. Potentialen E avsätts mot log[NO3]-. Linjen får negativ lutning.
b)Förklara varför det är viktigt att hlla jonstyrkan konstant vid mätning med jonselektiva elektroder. Hur kan man göra detta?
Elektroden mäter aktivitet och inte koncentration. Aktiviteten ändras då jonstyrkan ändras, därför måste denna hållas konstant vid mätningen. Det görs genom att man tillsätter TISAB en buffert med hög jonstyrka.
c) Jonselektiva elektroder hör till de potentiometriska sensorerna, ge ett exempel på en amperometrisk sensor. Vilken storhet är det man mäter med en sådan?
Syresensorn, strömmen mäts då spänningen varieras.
d) Biosensorer kallas en annan grupp av sensorer. Beskriv kortfattat hur de kan vara konstruerade och varför de är så selektiva. (2p)
På ytan sitter ett enzym eller antikroppar som reagerar specifikt för ett substrat eller en antigen.
Ett av reningsstegen i ett reningsverk kallas aktiv slambassäng. Där sker en omvandling av oganiskt kväve till ammoniumjoner och vidare till nitrat och slutligen kvävgas. Reaktionen sker i flera steg med hjälp av olika bakterier. Man vill kunna följa utvecklingen och mäta ammoniumjoner kontinuerligt. Föreslå en metod. Vilken utrustning behövs? Hur gör man med kalibreringen? Vad kan tänkas störa och hur undviker man problem? (10p)
Potentiometrisk mätning av ammoniumjoner med jonselektiv ammoniumelektrod. Förutom den jonselektiva elektroden behövs en referenselektrod och en voltmeter. Om man ska mäta kontinuerligt måste elektroderna vara nerdoppade i basängen. Kalibreringen får man göra med jämna intervall med externa standarder av lösningar med kända halter ammoniumjoner då man tar upp elektroderna. Bra är om dessa standarder har en matris som liknar den i basängen. Jonstyrkan i slambasängen kan antas vara konstant så det blir inga problem med ta reda på koncentrationen av ammoniumjoner. Eftersom man vill följa ett förlopp är det absoluta värdet på koncentrationen av mindre betydelse. Interferenser hos jonselektiva elektroder brukar vara andra joner med liknande laddning och storlek. Här kan andra katjoner tänkas interferera. Men om dessa hålls konstanta blir problemet mindre. Ett annat problem då man ska mäta under längre tid kan vara att det bildas beläggningar på elektrodytorna.
a) Ge en kort definition samt ett exempel på en sensor. (2p)
En sensor är ett analytiskt instrument som kan mäta specifika kemiska substanser kontinuerligt och reversibelt, ex syresensorn.
b) Rita och beskriv en valfri jonselektiv elektrod. Vad behövs mer för utrustning vid mätningen? Vad mäter man och hur förhåller sig signalen till halten. (4p)
Bild på jonselektiva elektroder finns i kursmatarielet. Förutom indikatorelektroden behövs en referenselektrod med saltbrygga och en voltmeter. Potentialen över membranet mäts. Nernsts ekvation beskriver förhållandet mellan signal och log(aktivitet).
E = E0 +/-RT/nFln10*log(a). (a är jonens aktivitet, a = γ*c).
