Principios de análisis instrumental

662 Capítulo 25 Voltametría «< +0.6 nA T +1.4 V m·'1 -0 6 V 2 T 50 nM 1 - 1.8 nA FIGURA 25.30 Liberación de dopamina durante una autoadministra– ción de cocaína . Las ratas recibieron adiestramiento para presionar una pa lanca (cabeza de la flecha), para recibir una pequeña inyección intravenosa de cocaína. Los trazos inferiores señalan Los cambios en la dopamina. EL pico 1 indica un incremento de dopamina antes de que la rata presione la palanca . Los dos picos (2) in dican corrientes transitorias que hay después de que presionan La palanca. Abajo de los trazos, la barra gris oscuro señala el tiempo en que surgen Los indicios audiovisuales asociados con la presión de la palanca. La barra gris claro indica cuando se activó La bomba que entrega la cocaína . El voltamograma cíclico (negro) de la dopa mina extraída cond uctualmente corresponde con el voltamograma que se obtuvo eléctricamente (gris). (Adaptada con autorización de P. E. M. Phillips, et al. Nature, 2003, 422, p. 614, DOI: 10.1038/nature01476.) Los dos voltamogramas cícl icos de la parte superior izquierda de la figura muestran que la dopamina se liberó tanto por estimu– lación conductual (trazo negro) como por la administración de cocaína (trazo gris). El trazo gris en el centro señala la concentra– ción de dopamina en func ión del tiempo, calculada a partir de las corrientes pico de los voltamogramas. El trazo se logró con 200 vol– tamogramas cíclicos distintos obtenidos en el periodo de 20 segun– dos que se muestra. El pico de la posición 1 muestra que hubo una liberación de dopamina antes de que la rata se administrara cocaína, como se indica con el triángulo negro. Los picos en la posición 2 muestran un aumento espectacular en la liberación de dopamina cuando la dosis de cocaína continuó, como se indi ca con la barra gris claro. Estudios como éste permiten a los investigadores correla– cionar la conducta con los cambios químicos en el cerebro 35 25F.3 Voltametria en nanosegundos Para ampl iar el conocimiento de las fronteras de los procesos de transferencia de electrones es importante poder efectuar experimen– tos de voltametría cíclica a una escala de tiempo muy rápida. Si se observa con cuidado el modelo del circuito de la figura 25.7 se ve que la resistencia de la solución y la capacitancia de doble capa en una celda voltametría limitan la escala de tiempo de la voltametría cíclica. El tiempo que se requiere para cargar la doble capa está en el orden de RnCd, que para una celda de voltametría cíclica con un electrodo de Pt de 1 mm de radio sumergido en una solución 1 mM de una especie electroactiva característica podría ser de 500 D X 0.3 ¡.iF = 0.15 ms. Además, la caída de IR en la resistencia de la solución en una celda de voltametría cíclica que lleva una corriente de 1 mV 35 P. E. M. Phillips, G. D. Stubcr, M. L. A. V. Heien, R. M. Wightman y R. M. Carelli, Nnlure, 2003, 422, p. 6 14, 001: 10. 1038/ natureO 1476. sería de 0.5 V. La adquisición de datos útiles de voltametría cíclica a una velocidad de barrido de 1000 V/s sería virtualmente imposible en estas condiciones. Por otro lado, en el caso de un microelectrodo de disco con un radio de S ¡.im la caída de IR es de 2.5 mV y RnCd = 750 ns. 36 Si además de disminuir el tamaño del electrodo de trabajo se aplica una retroalimentación positiva iterativa a la forma de onda de excitación, 37 la caída de IR se puede compensar por completo y se pueden alcanzar velocidades de barrido de hasta 2.5 millones V/s con un circuito potenciostático correctamente mejorado. Al usar esta estructura instrumental superior se obtuvieron voltamogra– mas cíclicos del catión piri lio y se midieron las propiedades ciné– ticas de la dimerización del producto de la reducción junto con la constante de velocidad de la reacción, la cual es kdim = 0.9(±0.3) X 10 9 M/s. Este valor corresponde a la vida media del radical pirilio de casi 200 ns. La escala del tiempo de estas mediciones es simi lar a la de los experimentos de fotólisis instantánea en nanosegundos. La voltametría ultrarrápida se ha llevado a cabo en microchips con electrodos de banda producidos por técnicas litográficas 3 8 Con estas técnicas innovadoras se ha abierto un mundo para mediciones vol– tametría y se espera que la meta de observar la transferencia de un solo electrón esté a la vista. 25G APLICACIONES DE LA VOLTAMETRIA En el pasado, la voltametría de barrido lineal se utilizó para la determinación cuantitativa de una amplia variedad de especies inorgánicas y orgánicas, como moléculas de interés biológico y bioquímico. Los métodos de pulsos han sustituido casi por com– pleto a la voltametría clás ica debido a su mayor sensibilidad, conveniencia y selectividad. Por lo general, las aplicaciones cuan– titativas se basan en las curvas de calibración en que las alturas de los picos se representan en función de la concentración de analito. En algunos casos se utiliza el método de adición estándar en vez de las curvas de calibración . En ambos casos es esencial que la composición de los patrones sea lo más parecida posible a la de la muestra, tanto en las concentraciones de electrolitos como en el pH. Si es así, a menudo se pueden obtener precisiones y exactitu– des en el intervalo de 1 a 3 por ciento. 25G.1 Aplicaciones inorgánicas La voltametría es aplicable al análisis de muchas sustancias inor– gánicas. Por ejemplo, la mayoría de los cationes metálicos se redu– cen en los electrodos de trabajo comunes. Incluso los metales alcalinos y alcalinotérreos se reducen siempre que el electrolito soporte no reaccione a los elevados potenciales requeridos. Se uti– li zan haluros de tetraalquilamonio como electrolitos útiles debido a sus elevados potenciales de reducción. Con frecuencia, la determinación voltamétrica satisfactoria de cationes depende del electrolito soporte que se utilice. Con el obje– tivo de ayudar a la selección, hay recopilaciones de datos de potencia- 36 c. Amatore y E. Maisonhaute, Annf. C/Jem., 2005.77, p. 303A, DOI: 10.1021 / ac053430m. 37 o. O. Wipf, A11nf. Cher>1., 1996,68, p. 1871 , DOI: 10.102l/ac95 l209b. 38 r. Fortgang, C. Arnatorc, E. Maisonhautc, y B. Schollhorn Electrochem. Commu11., 2010, 12, p. 897, DOI: 10.1016/j.elecorn.2010.04.01 5.