Electrodos para biopotenciales:teoría electroquímica y modelos eléctricos
Objetivos de la clase:
Entender el principio electro-químico de funcionamiento de los electrodos de biopotenciales
Dar un modelo equivalente eléctrico
Estudio cualitativo de fuentes de ruido y distorsión
Entender cómo utilizar el modelo para tomar criterios de diseño de amplificadores de señales biológicas
Introducción
Las corrientes generadas por biopotenciales son de origen iónico.
Los equipos de medida funcionan mediante corrientes electrónicas.
Es necesario un elemento de transducción entre corrientes iónicas y electrónicas
ELECTRODOS
Interfase Electrodo-Electrolito
Electrolito – Contiene iones libres, se comporta como conductor eléctrico. Consisten de iones en solución: soluciones iónicas.
Electrodo – Conductor en contacto con parte no metálica de un circuito. Ej: semiconductor, electrolito, vacío, gas, etc.
Se habla de par Electrodo-Electrolito cuando:
El electrolito contiene iones del material del cual está construido el electrodo.
Interfase Electrodo-Electrolito
Potencial Semi-Celdao "Half-cell potential"
Cuando el electrodo entra en contacto con el electrolito, comienza la reacción:
La concentración local de cationes en la interfase cambia, perdiéndose la neutralidad de carga.
El electrolito en la región está a un potencial eléctrico diferente al resto:
"Half-cell potential"
Potencial Semi-Celdao "Half-cell potential"
Potencial determinado por la naturaleza del metal involucrado, la concentración de sus iones en solución y la temperatura.
Los potenciales semi-celda de electrodos se miden respecto al del electrodo de hidrógeno definido igual a cero.
Polarización
Al circular corriente entre el electrodo y el electrolito, el potencial semi-celda varía:
Sobrevoltaje ohmnico (Vr): Es el resultado directo de la resistencia del electrolito.
Sobrepotencial de concentración (Vc): Resulta de los cambios en la distribución de iones en el electrolito en la vecindad de la interfase electrodo-electrolito.
Sobrevoltaje de activación (Va): Dada por la barrera que hay que vencer para que ocurra la oxidación o reducción. Gobierna la cinética de la reacción.
Electrodospolarizables y no polarizables
Perfectamente polarizables: ninguna carga cruza la interfase. Se comportan como un capacitor.
Perfectamente no polarizables: la corriente pasa libremente a través de la interfase, sin requerimientos de energía para llevar a cabo la transición. No presentan sobrevoltajes.
Electrodo Metal/Sal-insoluble
Consiste en un metal en contacto con una sal insoluble del mismo, que a su vez está en contacto con una solución, que contiene el anión de la sal.
Ejemplo: Ag/AgCl(S)/Cl-
Electrodo Ag/AgCl
Electrodo práctico con características de electrodo no polarizable.
Metal (Ag) cubierto con una capa delgada de un compuesto iónico (AgCl).
Toda la estructura es inmersa en un electrolito que contiene el anión (Cl-) en concentraciones altas (3,5 M).
Electrodo Ag/AgCl
Comportamiento y modelos circuitales
Resultados empíricos:
No lineales
Dependientes de frecuencia
Dependientes de densidad de carga
Componente reactiva
Componente resistiva ( > bajas frecuencias)?
Schwan(1963), Geddes(1972), Cobbold(1974), Ferris(1974)?
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