Principios de análisis instrumental

608 Capítulo 23 Potenciometría ((( electrodo afín al ion amonio. Los aspectos quúnicos de la determi– nación del nitrógeno de la urea contenida en la sangre se explican en la sección anterior. El hematocrito se mide mediante la detec– ción de conductividad electrolítica, y el p0 2 se determina con el sensor voltamperométrico de Clark (véase la sección 25C.4). Otros resultados se obtienen a partir de estos datos. El componente prin– cipal del monitor es un arreglo de sensores electroquímicos en serie i-STAT, desechable luego de un solo uso, que se ilustra en la figura 23.13b. Los electrodos del sensor se ubican en circuitos inte– grados de silicio a lo largo de un canal de flujo angosto, como se puede ver en la figura . Los biosensores integrados se fabrican por medio de un proceso patentado de fabricación en miniatura. 23 Todos los sensores en serie nuevos se calibran de modo auto– mático antes de tomar las medidas. Se coloca una muestra de sangre del paciente en el depósito de entrada para la muestra, y se inserta la unidad en el analizador i-STAT. El analizador i-STAT perfora el saco del calibrante, que contiene una disolución amortiguadora patrón de los analitos, y éste es comprimido para forzar al calibrante a fluir a través del canal en la superficie de los sensores. Cuando la etapa de calibración queda terminada, el analizador comprime la cámara de aire, con lo cual se obliga a la muestra de sangre a fluir por el canal de flujo para expulsar la disolución calibrantey hacer que la muestra de sangre (20 a lOO ¡..¡,L) haga contacto con los sensores. Luego se efectúan las mediciones electroquímicas, y los resultados se determinan y se pueden leer en la pantalla de cristal líquido del ana– lizador. Los resultados se almacenan en la memoria del analizador, y se podrían transferir al sistema que administra la información del laboratorio para que se conserven y sirvan de retroalimentación (véase la sección 4H.2). Las unidades disponibles están configura– das para diferentes combinaciones de más de 20 analitos y medicio– nes distintos que se pueden efectuar con este sistema. También existen desde hace tiempo instrumentos simila– res al monitor i-STAT que se usa aliado de la cama del paciente para efectuar mediciones potenciométricas in vitro de varios analitos en sistemas biomédicos y biológicos. En años recientes ha habido mucho interés en el perfeccionamiento de sensores potenciométricos para estudios in vivo. Existen dispositivos con una configuración pequeña (4 X 12 mm) de nueve electrodos potenciométricos fabricados sobre una película fina de poliimida Kapton ® 24 Nueve electrodos separados (junto con sus electrodos correspondientes de referencia en el lado opuesto de la configura– ción) se fabrican mediante técnicas de película gruesa, similares a las que se usan para los tableros de circuito impreso. Una capa de adhesión de cromo y una capa de oro se depositan en fase de vapor sobre el polímero con el fin de proporcionar una conexión eléc– trica con las zonas de los sensores. Luego, el arreglo se cubre con un revestimiento fotográfico y se expone a luz UV a través de una máscara que define las áreas de los electrodos. El revestimiento fotográfico se revela para exponer los cojincillos de los electro– dos. Después, se deposita plata electroquímicamente seguida de cloruro de plata para formar el electrodo de referencia interno 23 $. N. Cozzette et al., para i-STAT Corporation, East Windsor, N). U.S. Patente en 5 466 575, 1995. 24 E. Lindner y R. P. Buck, Anal. Chem., 2000,72, p. 336A, DOI: 10.1021/ac002805v. de cada sensor. Se añade una mezcla de metacrilato de hidroxie– tilo y un electrolito para formar un puente salino entre el elec– trodo de referencia interno y la membrana selectiva de iones. Para finalizar, dicha membrana se aplica sobre el electrodo de referen– cia interno junto con una capa protectora de poliamida. Los sen– sores se utilizan con resultados muy satisfactorios para supervisar el H+, K+, Na+, Ca2+ y otros analitos del músculo cardiaco. Desde hace un tiempo se cuenta ya con otras celdas elec– troquímicas desechables elaboradas con electrodos selectivos de iones, las cuales están diseñadas para la determinación rutinaria de varios iones que se encuentran presentes en las muestras clíni– cas. Estos sistemas se tratan brevemente en la sección 33D.3. Sensor potenciornétrico fotodireccionable Una aplicación fascinante y útil de los fundamentos de los dis– positivos semiconductores y de las mediciones potenciométricas es el sensor potenciométrico fotodireccionable. 25 El dispositivo está fabricado con una plancha plana y delgada de silicio tipo p o tipo n con un revestimiento de l 000 Á de espesor de oxinitruro de silicio en uno de los lados de la placa. Si se aplica un potencial polarizado entre un electrodo sumergido en una disolución que está en contacto con la capa aislante de oxinitruro y el sustrato de silicio, se agota la mayoría de los portadores del semiconductor (véase la sección 2C.l) . Cuando la luz proveniente de una fuente modulada choca contra la placa en cualquiera de los dos lados, se produce una corriente fotoeléctrica correspondiente. Si se mide la corriente fotoeléctrica en función del voltaje polarizado, se puede calcular el potencial de superficie del dispositivo. Como la capa de oxinitruro es sensible al pH, el potencial de superficie propor– ciona una medida del pH con una respuesta tipo Nernst a lo largo de varias décadas. La versatilidad del dispositivo aumenta al añadir, en el lado de abajo del sustrato de silicio, diodos emisores de luz en serie. Si se modulan los diodos en forma sucesiva, se exploran diferen– tes regiones de la superficie del dispositivo para conocer los cam– bios de pH. Además, al aplicar membranas que contienen varios ionóforos o enzimas sobre la capa de oxinitruro, cada uno de los diodos emisores de luz es capaz de supervisar un analito distinto. Cuando este dispositivo se usa para controlar la respuesta de célu– las vivas ante varios estímulos bioquímicos recibe el nombre de microfisiómetro. Una descripción completa de estos tipos de sen– sores y sus aplicaciones bioanalíticas se encuentra en la sección "Análisis instrumental en acción", en el capítulo 25. 23G INSTRUMENTOS PARA MEDIR POTENCIALES DE CELDA Una consideración fundamental en el diseño de un instrumento para medir potenciales de celda es que su resistencia debe ser grande respecto a la celda. Si no lo es, se producen errores nota– bles como consecuencia de la caída IR en la celda (véase la sección 2A.3). Este efecto se demuestra en el ejemplo que sigue. 25 0. A. Hafeman, ). W. Paree y H. M. McConnell, Science, 1988, 240, p. 1182, DOI: 10.11 26/science.33758 !O.