Studio dell’effetto di alcuni co-catalizzatori metallici sull’elettrocatalisi dell’oro per l’analisi dei carboidrati

Le tecniche elettroanalitiche ebbero un’esplosione nel ’70 a causa della loro alta sensibilità e per il loro basso costo. Inizialmente queste nuove tecniche venivano adoperate per semplici miscele di ioni metallici e composti organici. Il ramo d’applicazione sui complessi biologici era quasi inesistente, fino a quando non furono combinate la rivelazione elettrochimica (ED) in flusso con la cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC). Dal 1974 furono introdotti i primi detector elettrochimici seguiti da numerosi articoli e pubblicazioni sulle loro prestazioni e applicazioni; furono effettuate anche prove di accoppiamento con la gas-cromatografia e la spettrometria di massa, ma le condizioni di lavoro di queste tecniche, soprattutto la pressione, rendeva incompatibili queste tecniche.

La rivelazione elettrochimica è utilizzata maggiormente per soluzioni acquose con un elettrodo solido di metallo nobile (Au, Pt, ecc.) sotto potenziale costante, denominata dc amperometry, che sfrutta appunto l’utilizzo di questi metalli nobili per perlustrare zone anodiche; numerosi composti aromatici vengono ossidati facilmente perché la risonanza elettronica stabilizza il radicale libero intermedio, abbassandone l’energia di attivazione e quindi aumentandone la cinetica. Solitamente l’elettrodo risulta inerte e funge solamente da scambiatore di elettroni con l’analita di interesse, ma nel caso di utilizzo di metalli nobili come elettrodi si ha un coinvolgimento chimico con la disponibilità degli orbitali d dell’elettrodo, che catalizzano la reazione.

Spesso, a causa della formazione di stabili intermedi di reazione coinvolgenti la superficie elettrodica, possono verificarsi indesiderati fenomeni di avvelenamento superficiale “fouling effects” degli elettrodi, portando ad inevitabili problemi di perdita di attività catalitica ed irriproducibilità temporale del sensore amperometrico e/o voltammetrico.

Per ovviare a questi problemi sono stati studiati delle procedure elettrochimiche e non, atte a rigenerare gli elettrodi di lavoro, ovvero a pulire la loro superficie. Stulik raggruppò queste tecniche di pulizia e/o rigenerazione dell’elettrodo in quattro principali categorie:

o Pulizia meccanica, solitamente il primo step, effettuata tramite una miscela di Al2O3 (allumina) e diamante smerigliando su un panno, dopo averla attivata con acqua;
o Pulizia termica, con trattamenti in fiamma, sotto radio-frequenze e sotto radiazioni laser;
o Pulizia chimica, con il trattamento con acidi forti concentrati (acido nitrico, acido cloridrico, ecc.), per rimuovere gli ossidi passivanti sulla superficie;
o Pulizia elettrochimica, con utilizzo di un range di potenziali che va dall’ossidazione alla riduzione, per rimuovere le superfici passivanti;

L’utilizzo della pulizia elettrochimica si deve per la prima volta a Hammet che usò, nel 1924, una forma pulsata per riattivare l’elettrodo di Pt durante uno studio dell’ossidazione di O2; successivamente l’utilizzo delle forme pulsate si svilupparono enormemente grazie al testo sulla pulizia elettrochimica scritto da Kalthoff e Tanaka. Successivamente D.C. Johnson, allievo di Kalthoff, nel 1970 scoprì un importante risultato per gli alcool alifatici, ovvero che la risposta dell’elettrodo era riproducibile solo se l’elettrodo era pulito da una scansione di potenziali positivi e negativi.

Dopo anni di ricerca sui metalli nobili, nel 1981 ci fu l’avvento della PAD (Pulsed Amperometric Detection), con l’utilizzo di 3 step di potenziali, che abbinata all’HPLC risultò essere un’innovazione nel campo di analisi di molecole organiche e complessi biologici. Oltre alle tecniche PAD vennero introdotte le tecniche PCD (Pulsed Coulometric Detection) con l’integrazione elettronica del segnale amperometrico e le tecniche PS-PCD (Potential Sweep- Pulsed Coulometric Detection), dove viene espanso il segnale PCD e viene introdotto un potenziale triangolare di pulizia nello step di rivelazione; questa tecnica è conosciuta anche come IPAD. Le tecniche pulsate sono conosciute in generale come PED (Pulsed Electrochemical Detection) e sono considerate le tecniche migliori per la rivelazione dei carboidrati in flusso.