ที่ขอบเขตของสองคำตอบที่ไม่เท่ากัน ความต่างศักย์จะเกิดขึ้นเสมอ ซึ่งเรียกว่าศักย์การแพร่กระจาย การเกิดขึ้นของศักยภาพดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของไอออนบวกและแอนไอออนในสารละลายที่ไม่เท่ากัน ค่าศักยภาพการแพร่กระจายมักจะไม่เกินหลายสิบมิลลิโวลต์และตามกฎแล้วจะไม่นำมาพิจารณา อย่างไรก็ตาม ด้วยการวัดที่แม่นยำ จะมีการใช้มาตรการพิเศษเพื่อลดขนาดให้เหลือน้อยที่สุด สาเหตุของการเกิดขึ้นของศักยภาพการแพร่กระจายแสดงโดยตัวอย่างของสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟตสองสารละลายที่อยู่ติดกันที่มีความเข้มข้นต่างกัน Cu2+ และ SO42- ไอออนจะกระจายไปทั่วส่วนต่อประสานจากสารละลายที่มีความเข้มข้นมากกว่าไปเป็นสารละลายที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า อัตราการเคลื่อนที่ของไอออน Cu2+ และ SO42- ไม่เหมือนกัน: การเคลื่อนที่ของไอออน SO42- นั้นมากกว่า Cu2+ เป็นผลให้มีประจุ SO42- เชิงลบส่วนเกินปรากฏขึ้นที่ส่วนต่อประสานของสารละลายที่ด้านข้างของสารละลายด้วยความเข้มข้นที่ต่ำกว่า และ Cu2+ ส่วนเกินเกิดขึ้นในอันที่มีความเข้มข้นมากกว่า มีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น การปรากฏตัวของประจุลบส่วนเกินที่ส่วนต่อประสานจะทำให้การเคลื่อนที่ของ SO42- ช้าลงและเร่งการเคลื่อนที่ของ Cu2+ ที่ค่าศักยภาพที่แน่นอน อัตราของ SO42- และ Cu2+ จะเท่ากัน ค่าคงที่ของศักยภาพการแพร่กระจายถูกสร้างขึ้น ทฤษฎีศักยภาพการแพร่กระจายได้รับการพัฒนาโดย M. Planck (1890) และต่อมาโดย A. Henderson (1907) สูตรที่ได้จากการคำนวณนั้นซับซ้อน แต่สารละลายจะลดความซับซ้อนลงหากศักยภาพการแพร่กระจายเกิดขึ้นที่ขอบเขตของสารละลายสองชนิดที่มีความเข้มข้น C1 และ C2 ของอิเล็กโทรไลต์เดียวกันต่างกัน ในกรณีนี้ ศักย์การแพร่กระจายจะเท่ากัน ศักยภาพในการแพร่กระจายเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการแพร่แบบไม่สมดุล ดังนั้นจึงไม่สามารถย้อนกลับได้ ค่าของพวกเขาขึ้นอยู่กับลักษณะของขอบเขตของโซลูชันที่อยู่ติดกันสองรายการ โดยขึ้นอยู่กับมูลค่าและการกำหนดค่า สำหรับการวัดที่แม่นยำ จะใช้วิธีการเพื่อลดศักยภาพการแพร่กระจาย เพื่อจุดประสงค์นี้ สารละลายระดับกลางที่มีความสามารถในการเคลื่อนที่ของ U และ V ต่ำกว่า (เช่น KCl และ KNO3) จะรวมอยู่ระหว่างสารละลายในครึ่งเซลล์
ศักยภาพแบบกระจายมีบทบาทสำคัญในทางชีววิทยา การเกิดขึ้นของพวกเขาไม่เกี่ยวข้องกับอิเล็กโทรดโลหะ มันคือศักยภาพในการเชื่อมต่อและการแพร่กระจายที่สร้างกระแสชีวภาพ ตัวอย่างเช่น รังสีไฟฟ้าและปลาไหลสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นได้ถึง 450 โวลต์ ศักยภาพทางชีวภาพมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาในเซลล์และอวัยวะ นี่เป็นพื้นฐานสำหรับการใช้วิธีการตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจและคลื่นไฟฟ้าสมอง (การวัดกระแสชีวภาพของหัวใจและสมอง)
55. ศักย์ของเฟสของไหล กลไกการเกิดขึ้น และความสำคัญทางชีวภาพ
ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานของของเหลวที่เข้ากันไม่ได้ ไอออนบวกและประจุลบในตัวทำละลายเหล่านี้มีการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอ ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายของพวกมันไม่ตรงกัน ดังนั้นการกระโดดที่อาจเกิดขึ้นเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวซึ่งป้องกันการกระจายไอออนบวกและแอนไอออนในตัวทำละลายทั้งสองอย่างไม่เท่ากัน ในปริมาตรรวม (ทั้งหมด) ของแต่ละเฟส จำนวนไอออนบวกและประจุลบเกือบจะเท่ากัน จะแตกต่างกันที่ส่วนต่อประสานเท่านั้น นี่คือศักยภาพของอินเตอร์ฟลูอิด ศักยภาพการแพร่กระจายและ interfluid มีบทบาทสำคัญในชีววิทยา การเกิดขึ้นของพวกเขาไม่เกี่ยวข้องกับอิเล็กโทรดโลหะ มันคือศักยภาพในการเชื่อมต่อและการแพร่กระจายที่สร้างกระแสชีวภาพ ตัวอย่างเช่น รังสีไฟฟ้าและปลาไหลสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นได้ถึง 450 โวลต์ ศักยภาพทางชีวภาพมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาในเซลล์และอวัยวะ นี่เป็นพื้นฐานสำหรับการใช้วิธีการตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจและคลื่นไฟฟ้าสมอง (การวัดกระแสชีวภาพของหัวใจและสมอง)
ค่า EMF ที่แน่นอนที่วัดได้ในทางปฏิบัติมักจะแตกต่างจากค่าที่คำนวณในทางทฤษฎีโดยใช้สมการ Nernst ด้วยค่าเล็กน้อย ซึ่งสัมพันธ์กับความต่างศักย์ที่อาจเกิดขึ้นที่จุดสัมผัสของโลหะต่างๆ (“ค่าศักยภาพการสัมผัส”) และสารละลายต่างๆ (“ค่าการแพร่กระจาย”) ศักยภาพ").
ติดต่อศักยภาพ(อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ความต่างศักย์สัมผัส) สัมพันธ์กับค่าต่าง ๆ ของฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนสำหรับโลหะแต่ละชนิด ในแต่ละอุณหภูมิที่กำหนด ค่าคงที่สำหรับการรวมกันของตัวนำโลหะของเซลล์กัลวานิกและรวมอยู่ใน EMF ของเซลล์เป็นเทอมคงที่
ศักยภาพการแพร่กระจายเกิดขึ้นที่ขอบระหว่างสารละลายของอิเล็กโทรไลต์ที่แตกต่างกันหรืออิเล็กโทรไลต์ที่เหมือนกันที่มีความเข้มข้นต่างกัน การเกิดขึ้นของมันถูกอธิบายโดยอัตราการแพร่กระจายของไอออนที่แตกต่างกันจากสารละลายหนึ่งไปยังอีกสารละลายหนึ่ง การแพร่กระจายของไอออนเกิดจากค่าศักย์เคมีของไอออนในแต่ละครึ่งเซลล์ต่างกัน ยิ่งกว่านั้นความเร็วของมันเปลี่ยนแปลงตามเวลาเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นอย่างต่อเนื่องและด้วยเหตุนี้ ม . ดังนั้น ศักย์การแพร่กระจายจึงมีค่าที่ไม่แน่นอนตามกฎ เนื่องจากได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย รวมถึงอุณหภูมิ
ในการทำงานจริงตามปกติ ค่าศักย์ไฟฟ้าสัมผัสจะลดลงโดยใช้ตัวนำยึดที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน (โดยปกติคือทองแดง) และศักย์การแพร่กระจายจะลดลงโดยใช้อุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่า อิเล็กโทรไลต์(น้ำเกลือ)สะพานหรือปุ่มอิเล็กโทรไลต์ เป็นหลอดที่มีการกำหนดค่าต่างๆ (บางครั้งมีก๊อก) ที่เต็มไปด้วยสารละลายเข้มข้นของเกลือที่เป็นกลาง สำหรับเกลือเหล่านี้ การเคลื่อนที่ของไอออนบวกและประจุลบควรเท่ากันโดยประมาณ (เช่น KCl, NH 4 NO 3 เป็นต้น) ในกรณีที่ง่ายที่สุด สะพานอิเล็กโทรไลต์สามารถทำจากแถบกระดาษกรองหรือแฟลเจลลัมใยหินที่ชุบด้วยสารละลาย KCl เมื่อใช้อิเล็กโทรไลต์ที่มีตัวทำละลายที่ไม่ใช่น้ำ รูบิเดียมคลอไรด์มักใช้เป็นเกลือที่เป็นกลาง
ค่าต่ำสุดของการสัมผัสและศักยภาพการแพร่กระจายที่เป็นผลจากมาตรการที่ใช้มักจะถูกละเลย อย่างไรก็ตาม ในการตรวจวัดไฟฟ้าเคมีที่ต้องการความแม่นยำสูง ควรคำนึงถึงศักยภาพในการสัมผัสและการแพร่กระจายด้วย
ความจริงที่ว่าเซลล์กัลวานิกที่กำหนดมีสะพานอิเล็กโทรไลต์จะแสดงด้วยเส้นแนวตั้งสองเส้นในสูตร ซึ่งอยู่ที่จุดสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรไลต์สองตัว หากไม่มีอิเล็กโทรไลต์บริดจ์ ให้ใส่บรรทัดเดียวในสูตร
ศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรนมีอยู่ในแทบทุกเซลล์ของร่างกาย เซลล์บางชนิด เช่น เซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อ สามารถสร้างอิมพัลส์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วซึ่งใช้ในการส่งสัญญาณไปตามเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้ ในเซลล์ประเภทอื่นๆ เช่น เซลล์ต่อม มาโครฟาจ และเซลล์ ciliated การเปลี่ยนแปลงศักย์ของเมมเบรนในท้องถิ่นยังกระตุ้นการทำงานของเซลล์หลายอย่าง บทนี้กล่าวถึงศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ที่เกิดจากเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อที่อยู่นิ่งและอยู่ในสภาวะที่กระฉับกระเฉง
ศักยภาพการแพร่กระจายเนื่องจากความแตกต่างของความเข้มข้นของไอออนิกทั้งสองด้านของเมมเบรน ความเข้มข้นของโพแทสเซียมไอออนภายในเส้นใยประสาทนั้นสูง แต่ภายนอกนั้นต่ำมาก สมมติว่าในกรณีนี้เมมเบรนสามารถซึมผ่านไปยังโพแทสเซียมไอออนได้ แต่ไม่สามารถซึมผ่านไปยังไอออนอื่นได้ เนื่องจากการไล่ระดับความเข้มข้นที่มาก จึงมีแนวโน้มสูงที่โพแทสเซียมไอออนจำนวนมากจะกระจายออกจากเซลล์ผ่านเมมเบรน ในกระบวนการแพร่ พวกมันมีประจุไฟฟ้าบวกอยู่ข้างนอก ส่งผลให้เยื่อหุ้มเซลล์มีประจุบวกจากภายนอก และมีประจุลบอยู่ภายใน เนื่องจากประจุลบที่เหลืออยู่ภายในไม่กระจายออกจากเซลล์พร้อมกับโพแทสเซียมไอออน
ประมาณ 1 ms ความแตกต่าง ศักยภาพระหว่างด้านในและด้านนอกของเมมเบรน เรียกว่าศักย์การแพร่กระจาย จะมีขนาดใหญ่พอที่จะขัดขวางการแพร่กระจายของโพแทสเซียมไอออนออกไปด้านนอก แม้ว่าจะมีการไล่ระดับความเข้มข้นสูงก็ตาม ในเส้นใยประสาทของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ความต่างศักย์ที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้คือประมาณ 94 mV โดยมีประจุลบอยู่ภายในเส้นใย ไอออนเหล่านี้ก็มีประจุบวกเช่นกัน แต่คราวนี้เมมเบรนสามารถซึมผ่านโซเดียมไอออนได้สูง และไม่สามารถซึมผ่านไปยังไอออนอื่นๆ การแพร่กระจายของโซเดียมไอออนที่มีประจุบวกเข้าไปในเส้นใยจะสร้างศักย์เมมเบรนของขั้วตรงข้ามเมื่อเทียบกับศักย์ของเมมเบรนในรูป - โดยมีประจุลบด้านนอกและมีประจุบวกด้านใน
เช่นเดียวกับกรณีแรก ศักย์เมมเบรนระหว่างเศษเสี้ยวของมิลลิวินาทีเพียงพอที่จะหยุดการแพร่กระจายของโซเดียมไอออนเข้าไปในเส้นใย ในกรณีนี้ สำหรับเส้นใยประสาทของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ศักย์ไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 61 mV โดยมีประจุบวกอยู่ภายในเส้นใย
ดังนั้นความแตกต่าง ความเข้มข้นของไอออนผ่านเมมเบรนที่ซึมผ่านแบบคัดเลือกได้ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม สามารถสร้างศักย์ของเมมเบรนได้ ในส่วนต่อไปนี้ของบทนี้ เราจะแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของศักยภาพของเมมเบรนที่สังเกตพบในการส่งผ่านของเส้นประสาทและแรงกระตุ้นของกล้ามเนื้อเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของศักยภาพในการแพร่กระจาย
การแพร่กระจายของการสื่อสาร ความจุที่มีความเข้มข้นต่างกัน ศักยภาพของ Nernst ระดับของศักยภาพการแพร่ของเมมเบรนที่หยุดการแพร่กระจายโดยรวมของไอออนเฉพาะผ่านเมมเบรนอย่างสมบูรณ์เรียกว่าศักย์ Nernst สำหรับไอออนนั้น ค่าศักย์ไฟฟ้า Nernst ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของความเข้มข้นของไอออนจำเพาะที่ทั้งสองด้านของเมมเบรน ยิ่งอัตราส่วนนี้มากเท่าใด แนวโน้มที่ไอออนจะแพร่กระจายไปในทิศทางเดียวก็จะยิ่งมากขึ้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีศักย์ Nernst สูงเพื่อป้องกันการแพร่กระจายทั่วไป ด้วยการใช้สมการ Nernst ต่อไปนี้ คุณสามารถคำนวณศักย์ Nernst สำหรับไอออนโมโนวาเลนต์ใดๆ ที่อุณหภูมิร่างกายปกติ (37 ° C):
EMF (mV) = ± 61 log (ความเข้มข้นภายใน/ความเข้มข้นภายนอก)โดยที่ EMF - แรงเคลื่อนไฟฟ้า (ความต่างศักย์)
เมื่อใช้สิ่งนี้ สูตรศักยภาพของของเหลวนอกเซลล์ภายนอกเมมเบรนมักจะเป็นศูนย์ และศักย์ Nernst แสดงถึงศักยภาพภายในเมมเบรน นอกจากนี้ เครื่องหมายของศักย์จะเป็นบวก (+) หากไอออนที่กระจายจากภายในสู่ภายนอกเป็นค่าลบ และค่าลบ (-) หากไอออนเป็นค่าบวก ดังนั้น หากความเข้มข้นของโพแทสเซียมไอออนที่เป็นบวกภายในมากกว่าภายนอก 10 เท่า ลอการิทึมทศนิยมของ 10 คือ 1 ดังนั้นศักยภาพภายในตามสมการ Nernst ควรเท่ากับ -61 mV
แรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าเคมีที่มีขอบเขตของเหลวระหว่างอิเล็กโทรไลต์สองตัวถูกกำหนดโดยความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจนถึงศักย์การแพร่กระจาย
ข้าว. 6.12. การกำจัดศักย์การแพร่กระจายโดยใช้อิเล็กโทรไลต์บริดจ์
โดยทั่วไป ศักย์การแพร่กระจายที่ส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรไลต์สองชนิดสามารถมีนัยสำคัญค่อนข้างมากและในกรณีใด ๆ มักจะทำให้ผลการวัดไม่แน่นอน ด้านล่างนี้คือค่าศักยภาพการแพร่กระจายสำหรับบางระบบ (ความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในหน่วย kmol/m 3 ระบุไว้ในวงเล็บ):
ในเรื่องนี้ ศักยภาพในการแพร่กระจายจะต้องถูกกำจัดหรือวัดอย่างแม่นยำ การกำจัดศักยภาพในการแพร่กระจายทำได้โดยการรวมอิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติมที่มีไอออนบวกและไอออนที่เคลื่อนที่ได้คล้ายคลึงกันเข้าไปในระบบไฟฟ้าเคมี เมื่อวัดในสารละลายในน้ำ สารละลายอิ่มตัวของโพแทสเซียมคลอไรด์ โพแทสเซียมไนเตรต หรือแอมโมเนียมจะถูกใช้เป็นอิเล็กโทรไลต์
อิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติมรวมอยู่ด้วยระหว่างอิเล็กโทรไลต์หลักโดยใช้อิเล็กโทรไลต์บริดจ์ (รูปที่ 6.12) ที่เต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์หลัก จากนั้นศักย์การแพร่กระจายระหว่างอิเล็กโทรไลต์หลัก ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่แสดงในรูปที่ 6.12 - ระหว่างสารละลายของกรดซัลฟิวริกและคอปเปอร์ซัลเฟตถูกแทนที่ด้วยศักยภาพการแพร่กระจายที่ขอบเขตของกรดซัลฟิวริก - โพแทสเซียมคลอไรด์และโพแทสเซียมคลอไรด์ - คอปเปอร์ซัลเฟต ในเวลาเดียวกันที่ขอบเขตของโพแทสเซียมคลอไรด์ไฟฟ้าส่วนใหญ่จะถูกถ่ายโอนโดย K + และ C1 - ไอออนซึ่งมีจำนวนมากกว่าไอออนของอิเล็กโทรไลต์หลัก เนื่องจากการเคลื่อนที่ของไอออน K + และ C1 ในโพแทสเซียมคลอไรด์นั้นแทบจะเท่ากัน ศักยภาพในการแพร่กระจายก็จะน้อยเช่นกัน หากความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์หลักต่ำ ด้วยความช่วยเหลือของอิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติม ศักยภาพในการแพร่กระจายมักจะลดลงเป็นค่าไม่เกิน 1–2 mV ดังนั้น ในการทดลองของ Abbeg และ Cumming พบว่ามีศักยภาพการแพร่ที่เส้นขอบ 1 kmol/m 3 LiCl - 0.1 kmol/m 3 LiCl คือ 16.9 mV หากรวมอิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติมระหว่างสารละลายลิเธียมคลอไรด์ ศักยภาพในการแพร่กระจายจะลดลงเป็นค่าต่อไปนี้:
อิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติม ศักยภาพการแพร่กระจายของระบบ mV
NH 4 NO 3 (1 kmol / m 3) 5.0
NH 4 NO 3 (5 kmol / m 3) -0.2
NH 4 NO 3 (10 kmol / m 3) -0.7
KNO 3 (เสาร์) 2.8
KCl (อิ่มตัว) 1.5
การกำจัดศักย์การแพร่กระจายโดยการรวมอิเล็กโทรไลต์เพิ่มเติมด้วยจำนวนการถ่ายโอนไอออนที่เท่ากันให้ผลลัพธ์ที่ดีเมื่อทำการวัดศักยภาพการแพร่ในสารละลายที่ไม่เข้มข้นซึ่งมีแอนไอออนและการเคลื่อนที่ของไอออนบวกต่างกันเล็กน้อย เมื่อวัดแรงดันไฟฟ้าของระบบที่มีสารละลายกรดหรือด่าง
ตารางที่ 6.3.ศักยภาพการแพร่กระจายที่ขอบเขตของ KOH - KCl และ NaOH - KCl (ตาม V. G. Lokshtanov)
ด้วยอัตราการเคลื่อนที่ของไอออนบวกและประจุลบที่ต่างกันมาก ควรระมัดระวังเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น ที่ขอบของ HC1 - CC1 (sat.) ศักย์การแพร่กระจายไม่เกิน 1 mV เฉพาะในกรณีที่ความเข้มข้นของสารละลาย HC1 ต่ำกว่า 0.1 kmol / m 3 มิฉะนั้น ศักยภาพในการแพร่กระจายจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว พบปรากฏการณ์ที่คล้ายกันสำหรับด่าง (ตารางที่ 6.3) ดังนั้นศักยภาพการแพร่กระจาย เช่น ในระบบ
(–) (Pt) H 2 | เกาะ | เกาะ | H 2 (แต้ม) (+)
4.2 kmol/m 3 20.4 kmol/m 3
คือ 99 mV และในกรณีนี้เมื่อใช้สะพานเกลือจะไม่สามารถลดลงอย่างมีนัยสำคัญ
เพื่อลดศักยภาพในการแพร่กระจายให้เหลือค่าที่น้อยมาก Nernst แนะนำให้เพิ่มอิเล็กโทรไลต์บางส่วนที่ไม่แยแสต่อระบบที่กำหนดให้กับสารละลายที่สัมผัสมากเกินไป จากนั้นการแพร่กระจายของอิเล็กโทรไลต์พื้นฐานจะไม่ทำให้เกิดการไล่ระดับกิจกรรมที่สำคัญที่ส่วนต่อประสานอีกต่อไป และด้วยเหตุนี้จึงมีศักยภาพในการแพร่กระจาย น่าเสียดายที่การเพิ่มอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่แยแสจะเปลี่ยนกิจกรรมของไอออนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาที่กำหนดศักยภาพและนำไปสู่การบิดเบือนผลลัพธ์ ดังนั้น วิธีนี้ใช้ได้เฉพาะกับพวก
กรณีที่การเพิ่มอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่แยแสไม่สามารถส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมหรือสามารถนำมาพิจารณาการเปลี่ยนแปลงนี้ ตัวอย่างเช่น เมื่อวัดแรงดันของระบบ Zn | ZnSO4 | CuSO4 | Cu ซึ่งมีความเข้มข้นของซัลเฟตไม่ต่ำกว่า 1.0 kmol/m 3 การเติมแมกนีเซียมซัลเฟตเพื่อลดศักยภาพในการแพร่กระจายเป็นที่ยอมรับได้ เนื่องจากในกรณีนี้ค่าสัมประสิทธิ์กิจกรรมไอออนิกโดยเฉลี่ยของสังกะสีและคอปเปอร์ซัลเฟตจะไม่เปลี่ยนแปลง .
หากเมื่อวัดแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าเคมี ศักย์การแพร่ระบาดไม่ถูกกำจัดหรือต้องวัดค่า อันดับแรก ควรใช้ความระมัดระวังเพื่อสร้างส่วนต่อประสานที่เสถียรระหว่างสารละลายทั้งสอง ขอบเขตการต่ออายุอย่างต่อเนื่องถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนที่แบบช้า ๆ ของโซลูชันที่ขนานกัน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะบรรลุความเสถียรของศักยภาพการแพร่กระจายและการทำซ้ำด้วยความแม่นยำ 0.1 mV
ศักย์การแพร่กระจายถูกกำหนดโดยวิธี Cohen และ Tombrock จากการวัดแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าเคมีสองระบบ ซึ่งอิเล็กโทรดของหนึ่งในนั้นสามารถเปลี่ยนกลับเป็นไอออนของเกลือได้ และอีกอันหนึ่งไปยังประจุลบ สมมติว่าเราจำเป็นต้องกำหนดศักยภาพการแพร่กระจายที่อินเทอร์เฟซ ZnSO 4 (a 1)/ZnSO 4 (a 2) ในการทำเช่นนี้ เราวัดแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าเคมีต่อไปนี้ (เราถือว่า 1< < а 2):
1. (–) Zn | ZnSO4 | ZnSO4 | สังกะสี(+)
2. (–) Hg | Hg 2 SO 4 (ทีวี), ZnSO 4 | ZnSO 4 , Hg 2 SO 4 (ของแข็ง) | ปรอท (+)
แรงดันของระบบ 1
ระบบ2
ระบุว่า φ d 21 \u003d - φ d 12 และลบสมการที่สองออกจากสมการแรก เราจะได้:
เมื่อทำการวัดที่ความเข้มข้นไม่สูงมาก ซึ่งยังถือว่า = และ = หรือ : = : สองเทอมสุดท้ายของสมการสุดท้ายยกเลิกและ
ศักยภาพในการแพร่กระจายในระบบ 1 ยังสามารถกำหนดได้ด้วยวิธีที่แตกต่างกันเล็กน้อย หากเราใช้ระบบไฟฟ้าเคมีคู่แทนระบบ 2:
3. (–) Zn | ZnSO 4 , Hg 2 SO 4 (ของแข็ง) | Hg - Hg | Hg 2 SO 4 (ทีวี), ZnSO 4 | สังกะสี(+)
เซลล์ภายนอก เมมเบรน- พลาสมาเลมมา - โดยพื้นฐานแล้วเป็นชั้นไขมันซึ่งเป็นอิเล็กทริก เนื่องจากมีตัวกลางนำไฟฟ้าอยู่ทั้งสองด้านของเมมเบรน ดังนั้นทั้งระบบจากมุมมองของวิศวกรรมไฟฟ้าจึงเป็น ตัวเก็บประจุ. ดังนั้นกระแสสลับผ่านเนื้อเยื่อที่มีชีวิตสามารถผ่านได้ทั้งความต้านทานเชิงรุกและผ่านความจุไฟฟ้าที่เกิดจากเยื่อหุ้มจำนวนมาก ดังนั้นความต้านทานต่อกระแสสลับผ่านเนื้อเยื่อที่มีชีวิตจะได้รับจากสององค์ประกอบ: แอคทีฟ R - ความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของประจุผ่านสารละลายและปฏิกิริยา X - ความต้านทานกระแสของความจุไฟฟ้าบนโครงสร้างเมมเบรน ค่ารีแอกแตนซ์มีลักษณะเป็นโพลาไรซ์ และค่าของมันสัมพันธ์กับค่าของความจุไฟฟ้าตามสูตร:
โดยที่ C คือความจุไฟฟ้า w คือความถี่วงกลม f คือความถี่ของกระแส
องค์ประกอบทั้งสองนี้สามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนานได้
วงจรไฟฟ้าเทียบเท่าของเนื้อเยื่อที่มีชีวิต- นี่คือการเชื่อมต่อขององค์ประกอบของวงจรไฟฟ้าซึ่งแต่ละองค์ประกอบสอดคล้องกับองค์ประกอบบางอย่างของโครงสร้างของเนื้อเยื่อภายใต้การศึกษา
หากเราคำนึงถึงโครงสร้างพื้นฐานของผ้าแล้วเราจะได้รูปแบบต่อไปนี้:
รูปที่ 2 - วงจรไฟฟ้าเทียบเท่าของเนื้อเยื่อที่มีชีวิต
R c - ความต้านทานของไซโตพลาสซึม R mf - ความต้านทานระหว่างเซลล์ซม คือ ความจุไฟฟ้าของเมมเบรน
แนวคิดของอิมพีแดนซ์.
อิมพีแดนซ์- ความต้านทานเชิงซ้อนรวมของส่วนประกอบที่ใช้งานและปฏิกิริยาของวงจรไฟฟ้า ค่าของมันสัมพันธ์กับองค์ประกอบทั้งสองของสูตร:
โดยที่ Z คืออิมพีแดนซ์ R คือความต้านทานเชิงแอคทีฟ X คือค่ารีแอกแตนซ์
ค่าของอิมพีแดนซ์ที่มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของความต้านทานแบบรีแอกทีฟและแอคทีฟแสดงโดยสูตร:
ค่าของอิมพีแดนซ์ที่มีการเชื่อมต่อแบบขนานของความต้านทานแบบรีแอกทีฟและแอคทีฟเขียนเป็น:
หากเราวิเคราะห์ว่าค่าอิมพีแดนซ์เปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงใน R และ C เราจะสรุปได้ว่าด้วยการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานขององค์ประกอบเหล่านี้ โดยการเพิ่มความต้านทานเชิงรุก R อิมพีแดนซ์จะเพิ่มขึ้น และด้วย การเพิ่มขึ้นของ C จะลดลงและในทางกลับกัน
อิมพีแดนซ์ของเนื้อเยื่อที่มีชีวิตเป็นค่าที่ไม่แน่นอน ซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเนื้อเยื่อที่วัดได้ในประการแรก กล่าวคือ:
1) เกี่ยวกับโครงสร้างของเนื้อเยื่อ (เซลล์ขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่, ช่องว่างระหว่างเซลล์หนาแน่นหรือหลวม, ระดับของการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของเยื่อหุ้มเซลล์);
2) ความชุ่มชื้นของเนื้อเยื่อ;
4) สถานะของเมมเบรน
ประการที่สอง อิมพีแดนซ์ได้รับผลกระทบจากสภาวะการวัด:
1) อุณหภูมิ;
2) ความถี่ของกระแสที่ทดสอบ
3) แผนภาพวงจรไฟฟ้า
เมื่อเยื่อหุ้มเซลล์ถูกทำลายโดยปัจจัยสุดโต่งต่างๆ ความต้านทานของพลาสมาเลมมาและอะพอพลาสต์จะลดลงเนื่องจากการปลดปล่อยอิเล็กโทรไลต์ของเซลล์ไปยังช่องว่างระหว่างเซลล์
กระแสตรงจะไหลผ่านช่องว่างระหว่างเซลล์เป็นหลัก และค่าของมันจะขึ้นอยู่กับความต้านทานของช่องว่างระหว่างเซลล์
| C, nF |
| ฉ Hz |
| 10 4 |
| 10 6 |
| ตัวอย่างพื้นเมือง |
| ตัวอย่างตู้แช่. |
| Z, โอห์ม |
| ฉ Hz |
| 10 4 |
| 10 6 |
| ตัวอย่างพื้นเมือง |
| ตัวอย่างแช่แข็ง |
รูปที่ 3 - การเปลี่ยนแปลงความจุ (C) และความต้านทาน (R) ของเนื้อเยื่อเมื่อเปลี่ยนความถี่ของกระแสสลับ (f)
เส้นทางที่ต้องการของกระแสสลับขึ้นอยู่กับความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้: ด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้น สัดส่วนที่เพิ่มขึ้นของกระแสจะไหลผ่านเซลล์ (ผ่านเมมเบรน) และความต้านทานที่ซับซ้อนจะลดลง ปรากฏการณ์นี้ - อิมพีแดนซ์ลดลงเมื่อเพิ่มความถี่ของกระแสทดสอบ - เรียกว่า การกระจายตัวของการนำไฟฟ้า.
ความชันของการกระจายมีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์โพลาไรซ์ การกระจายตัวของการนำไฟฟ้าของเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตเป็นผลมาจากโพลาไรเซชันที่ความถี่ต่ำ เช่นเดียวกับกระแสตรง การนำไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับโพลาไรซ์ - เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์โพลาไรเซชันจะส่งผลน้อยลง การกระจายตัวของการนำไฟฟ้าเช่นเดียวกับความสามารถในการโพลาไรซ์นั้นมีอยู่ในเนื้อเยื่อที่มีชีวิตเท่านั้น
หากเราพิจารณาว่าค่าสัมประสิทธิ์โพลาไรเซชันเปลี่ยนแปลงอย่างไรในระหว่างการตายของเนื้อเยื่อ จากนั้นในชั่วโมงแรกจะลดลงอย่างมาก จากนั้นการร่วงของมันก็จะช้าลง
ตับของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีค่าสัมประสิทธิ์โพลาไรซ์ที่ 9-10, ตับของกบ 2-3: อัตราการเผาผลาญที่สูงขึ้นค่าสัมประสิทธิ์โพลาไรซ์ก็จะสูงขึ้น
คุณค่าในทางปฏิบัติ
1. การหาค่าความต้านทานความเย็นจัด
2. คำจำกัดความของความพร้อมใช้งานของน้ำ
3. การกำหนดสภาพจิตใจของบุคคล (อุปกรณ์ "Tonus")
4. ส่วนประกอบของเครื่องจับเท็จ - เครื่องจับเท็จ
ศักยภาพการแพร่กระจายของเมมเบรน
ศักยภาพการแพร่กระจาย- ศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากการแยกประจุด้วยกล้องจุลทรรศน์เนื่องจากความแตกต่างของความเร็วการเคลื่อนที่ของไอออนต่างๆ ความเร็วการเคลื่อนที่ที่แตกต่างกันผ่านเมมเบรนนั้นสัมพันธ์กับการซึมผ่านที่เลือกได้ต่างกัน
สำหรับการเกิดขึ้นนั้นจำเป็นต้องมีการสัมผัสอิเล็กโทรไลต์ที่มีความเข้มข้นต่างกันและการเคลื่อนที่ของแอนไอออนและไอออนบวกที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนและคลอรีนไอออน (รูปที่ 1) อินเทอร์เฟซสามารถดูดซึมได้เท่ากันทั้งสองไอออน การเปลี่ยนแปลงของไอออน H + และ Cl จะดำเนินการในทิศทางของความเข้มข้นที่ต่ำกว่า การเคลื่อนที่ของ H + เมื่อเคลื่อนที่ผ่านเมมเบรนนั้นสูงกว่า Cl มาก - ด้วยเหตุนี้จะมีการสร้างไอออนเข้มข้นขึ้นทางด้านขวาของส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์ซึ่งความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น
ศักยภาพที่เกิดขึ้นใหม่ (โพลาไรซ์ของเมมเบรน) ยับยั้งการขนส่งไอออนต่อไป ดังนั้นในท้ายที่สุด กระแสทั้งหมดผ่านเมมเบรนจะหยุดลง
ในเซลล์พืช กระแสหลักของไอออนคือกระแสของ K + , Na + , Cl - ; พวกมันมีอยู่ในปริมาณที่มีนัยสำคัญทั้งภายในและภายนอกเซลล์
เมื่อพิจารณาถึงความเข้มข้นของไอออนทั้งสามนี้ ซึ่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านของไอออน จึงสามารถคำนวณค่าศักย์ของเมมเบรนได้เนื่องจากการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอของไอออนเหล่านี้ สมการนี้เรียกว่าสมการ Goldmann หรือสมการสนามคงที่:
ที่ไหน φM -ความต่างศักย์ V;
R - ค่าคงที่ของแก๊ส, T - อุณหภูมิ; F - หมายเลขฟาราเดย์;
P - การซึมผ่านของไอออน;
0 - ความเข้มข้นของไอออนนอกเซลล์
I คือความเข้มข้นของไอออนภายในเซลล์