3-electrodos

7/25/2019 3-Electrodos

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BIOINSTRUMENTACIN ITRABAJO PRCTICO N 3

ELECTRODOS

Los ingenieros electrnicos, acostumbrados a medir potenciales en varios puntos de un circuito

electrnico, tienden a considerar a los electrodos fisiolgicos como sondas aplicadas a un sujeto conel objeto de medir una diferencia de potencial. No puede hacerse una simplificacin tan grande yaque tanto la conduccin de corriente en los tejidos como en cualquier otro sistema lquido, es inico,es decir, que son producidos por la migracin de iones positivos y negativos de un punto a otro.Para medir los efectos elctricos en tejidos es necesario hacer una transformacin de esa conduccininica a una conduccin electrnica, como sucede en los circuitos de medicin. sta transformacinse reali!a en la interface tejido"electrodo

Potencial de Offeset de Electrodo

#i dos metales diferentes se insertan dentro de un contenedor con electrolito, se puede medir unadiferencia de potencial entre estos. #i uno de estos metales fuera plata y el otro cobre, este potencialdebera indicarse como potencial de pila plata$cobre y estara en el orden de %.& volts. ste potencialest' compuesto de dos componentes sumadas algebraicamente( un potencial de media pila debido alelectrodo de plata y un potencial de media pila debido al electrodo de cobre. stos potenciales demedia pila, difcilmente medibles, son potenciales producidos por las interfaces metal"electrolito. Parauna apro)imacin de primer orden, descuidando muchos factores qumicos que seran importantes siestos electrodos se emplearan para mediciones qumicas y no para mediciones biofsicas, el potencialde media pila es apro)imadamente igual al potencial del electrodo del metal considerado. sto es, elpotencial producido entre el electrodo de plata y el electrodo de cobre ser' apro)imadamente igual ala diferencia en los potenciales de electrodo de cobre y plata, esto es, apro)imadamente igual a %.*%menos %.+& que da %.& volts. l valor e)acto de este potencial depender' de muchos factoresqumicos, siendo uno de los m's importantes el tipo y concentracin del electrolito usado.

-na lista de los potenciales de electrodo para los metales m's comunes, se muestra en la tabla ,esta lista hace referencia a las series electroqumicas.

Metal Smbolo Inico Potencial de Electrodo (EP) /luminio /l 000 " . 1olt2inc 2n 00 "%.34ierro 5e 00 "%.&&Plomo Pb 00 "%. 64idrgeno 4 0 %7obre 7u 00 0%.+&Plata /g 0 0%.*%Platino Pt 0 0%.*8ro /u 0 0 .9%

Tabla1

l ejemplo dado de los electrodos de cobre y plata se ilustra en la Fig. 1, la que muestra unasimilitud entre los electrodos en un contenedor de electrolito y electrodos aplicados a un sujeto. nelectrofisiologa, la diferencia de potenciales de media pila que se observan entre dos electrodos sedenomina potencial de offset.

Bioinstr !"nta#i$n I % &'1& 1


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Figura 1

n una situacin biomdica, el potencial de offset producido entre electrodos puede ser inestable e impredecible. #e desea que este potencial sea lo m's bajo posible. Para reducirlo esnecesario primero entender su origen. n cualquier interfase electrodo$electrolito hay una tendenciadel electrodo a entregar iones en la solucin y los iones del electrolito a combinarse con el electrodo.

sta reacciones qumicas pueden representarse como(

:etal electrones 0 iones de metal ;o)idacin y la batera puede ser equivalente a un capacitor de %5. l potencial de la batera o la carga del capacitor ser' el potencial de media pila del electrodo.

Figura 20

l electrodo de plata"cloruro de plata mostrado en la Fig. 19b consiste en una superficie deplata slida cubierta de una fina capa de cloruro de plata. La presencia del cloruro de plata permite alelectrodo comportarse casi como un electrodo perfectamente reversible o no polari!able, prohibiendode esta manera la formacin de una doble capa de electrodo. l cloruro de plata de disocia en ionesde plata e iones cloruro los cuales est'n libres para migrar entre el electrodo y el electrolito,oponindose de esta manera a la formacin de una doble capa. l resultado neto es un bajaimpedancia y bajo potencial de offset. Los electrodos de Plata"7loruro de Plata y el de 2inc"#ulfato de2inc presentan estas caracatersticas.

La mayora de los electrodos de sales metalicas solubles son altamente t)icas y pueden ser usadaspara recubrir electrodos de piel intacta. Los electrodos de plata no son t)icos ya que el cloruro deplata es pr'cticamente es insoluble en un electrolito con cloruro, de esta manera hay muy pocos ionesde plata libres por lo tanto el da?o que causan en los tejidos es despreciable. Por este motivo loselectrodos de plata o plata"cloruro de plata son los preferentemente usados en tejidos e)puestos.

/unque, como se estableci previamente, los electrodos de !inc"sulfato de !inc producen bajopotencial de offset, ellos son altamente t)icos para los tejidos e)puestos debido al pasaje de ioneslibres de !inc y$o a!ufre a los tejidos.



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/ los electrodos de plata se les puede reali!ar un deposito de cloruro de plata para convertirlos deesta forma en electrodos de plata"cloruro de plata, con el proceso conocido como clorado. sto sereali!a usando al electrodo de plata como 'nodo y sumergido en una solucin de cloruro de sodio al%.@A se le hace pasar una corriente de m/$cm6 por algunos minutos. l electrodo deber' ser limpiado antes de la cloracin, para remover cualquier impure!a que tuviera.

Los movimientos mec'nicos de la doble capa de electrodo causa ruido de electrodo debido a que ladoble capa actBa en una regin de gradiente de carga, produciendo un cambio en la capacidad y por ende en el voltaje. La estabilidad elctrica de un electrodo aumenta considerablemente con laestabili!acin mec'nica de la interfase electrodo$electrolito. sto se logra usando un electrodo flotantede contacto indirecto el cual interpone entre el electrodo y la piel un gel o pasta electroltica.

Caractersticas del Potencial de Offset de Electrodo

/nteriormente discutimos el potencial de offset de electrodo producido en la interfaseelectrodo$electrolito, adem's mencionamos que el mismo era inestable e impredecible. 7uando estoselectrodos son conectados a un sujeto para registrar un evento bioelctrico en un osciloscopio conacoplamiento C7, los cambios a largo pla!o de este potencial de offset aparecen como un corrimientode la lnea de base y los cambios a corto pla!o aparecen como ruidos en el tra!ado.

# se aplica a un sujeto un par de electrodos nuevos, el potencial de offset de electrodo quee)istir' en los electrodos puede ser considerado esencialmente como dos bateras. 7uando estoselectrodos son conectados a un osciloscopio con acoplamiento C7, la impedancia de entrada delmismo actuar' como carga de las bateras y tender' a descargarlas. #iendo que estos forman unabatera muy pobre, y con una impedancia de entrada del orden de los 6 : , esta descargar' a lasbateras en un periodo de varias horas. #e recomienda que el par de electrodos nuevos se coloquenen solucin salina al %.@A por algunas horas antes del uso en un esfuer!o para acelerar esteproceso. 7omo estas bateras son descargadas, su potencial efectivo se reduce, apareciendo uncorrimiento en el potencial de offset de electrodo como los muestra la Fig. 21 . / la fuente serepresenta como una batera en discusiones anteriores, pero puede igualmente considerarse como uncapacitor, con una impedancia que tiende a descargarlo. sta analoga es una apro)imacin deprimer orden de la verdadera situacin.

=efirindose a la Fig. 21 , se muestra el cambio en el potencial de offset de electrodo para los

electrodos de plata"cloruro de plata, de cobre y de aguja de acero puro. n cada caso este cambio semuestra sobre un intervalo de dos minutos despus de que el amplificador ;carga< ha sido aplicado alos electrodos por dos minutos y por die! minutos. -na lnea de DceroE est' incluida en cada dibujo. lpotencial de offset de electrodo producido por los electrodos de plata"cloruro de plata y por los decobre decrece e)ponencialmente, sin embargo, el producido por los de acero ino)idable esclaramente err'tico ;lgicamente para el par de electrodos utili!ados en la investigacin


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Figura 21

Los cambios a corto pla!o en el potencial de offset de electrodo se llaman ruido de electrodo.# los electrodos son empleados en conjunto con un amplificador de alta sensibilidad y conacoplamiento /7 como de muestra en la Fig. 22 , las caractersticas de cambio a largo pla!o ser'nrecha!adas por las caractersticas de baja frecuencia del amplificador. #in embargo, la inestabilidad acorto pla!o se ve claramente. n la Fig. 22 se observa claramente que los electrodos de plata"clorurode plata estan libres de ruido, mientras que los electrodos de cobre y acero ino)idable e)hibencaractersticas de ruido que pueden ser intolerables para registros fisiolgicos de alta sensibilidad.

Figura 22

# una corriente se pasa a travs de lo electrodos, esta corriente tender' a cargar la DbateraEo DcapacitorE formados en la juntura electrodo"electrolito. # los electrodos son usados para laestimulacin del cuerpo, ste flujo de corriente es intencional. #in embrago, cualquier actividad

elctrica asociada con un sujeto, tales como estimulaciones o desfibrilacin, causar' algBn grado deflujo de corriente en los electrodos de registro. La habilidad de los electrodos para ser cargadosigualmente que una batera o capacitor por un flujo de corriente es una caracterstica que se



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denomina almacenamiento de carga del potencial de offset. #e desea que en los electrodosfisiolgicos el almacenamiento de carga sea lo m's bajo posible, as permite descargar esta energaen la impedancia de entrada de los amplificadores en un periodo de tiempo corto. 8bservando la Fig.23, los electrodos de plata"cloruro de plata, de cobre y acero puro se le aplicaron a un sujeto y usadosen conjunto con un amplificador, teniendo una impedancia de entrada de 6 : . -na carga de %.%%+columbios fue aplicada entonces entre estos electrodos, descargando un capacitor a travs de ellos.7omo se ve en la figura, el electrodo de plata"cloruro de plata se recupera en %.6 segundos a 9% m1 yse recupera completamente dentro de los 9 segundos. l electrodo de cobre e)hibe una caractersticade almacenamiento de carga inferior, recobr'ndose a +.9 segundos a 9% m1 y necesitando variosminutos parar recobrarse totalmente. sta caracterstica de los electrodos de cobre puede ser considerada aceptable si no fuera aplicada una corriente deliberadamente a travs del sujeto.

Los electrodos de acero puro presentan una caracterstica de almacenamiento de cargaparticularmente pobre, necesitando 6% segundos para recuperarse hasta los 9% m1 yapro)imadamente minutos para ser suficientemente estables para usos en el registro de un 7F.

l cambio en el potencial de offset de electrodo a largo pla!o no puede ser ignorado cuandose usa instrumentacin acoplada /7, la ra!n del cambio de este potencial puede estar relacionadacon la constante de tiempo del amplificador registrador.

l valor absoluto del potencial de offset de electrodo raras veces es significativo a menos queeste valor absoluto e)ceda el voltaje diferencial de entrada C7 del amplificador considerado. 7uandose usa instrumentos acoplados C7 este potencial de offset de electrodo puede e)ceder el m')imooffset diferencial de C7 disponible con los instrumentos y por lo tanto sera imposible observar eltra!o en el equipo.

Comparacin de los Tipos de Electrodos

4ay evidencia que sugiere que los electrodos de plata"cloruro de plata son mucho mejoresque otros tipos de electrodos para el registro de se?ales fisiolgicas, sin embargo, no son requeridosen algunas aplicaciones y pueden en otras no ofrecer el rendimiento necesaria. Para monitoreosfisiolgicos se utili!an diversos electrodos que no son de plata"cloruro de plata. -na comparacinentre 6 tipos de electrodos discutidos anteriormente se muestra la Fig. 23 . 1arios pares de cada unade estos 6 tipos de electrodos fueron testeados y, en cada caso, el par e)hibi una muy pobreperformance, mostr'ndose las mismas en el resumen. l primer gr'fico representa el cambio en elpotencial de offset de electrodo de cada uno de estos 6 tipos de electrodos sobre un periodo de +%minutos, despus de que los mismos hallan sido aplicados al sujeto y acoplados a un amplificador

con una impedancia de entrada de 6 : .Cespus de observar el cambio el las caractersticas de estos electrodos sobre un periodo de+% minutos, un pulso de %.%%+ columbios fue aplicado, descargando un capacitor, a travs de losmismos. l segundo gr'fico muestra el cambio en el potencial de offset de electrodo durante losprimeros cinco minutos despus de la aplicacin del impulso de corriente. n todos los casos loselectrodos fueron testeados en un electrolito conteniendo %.@A de cloruro de sodio. Gambin semuestra la resistencia del los pares de electrodos para una corriente de % m/ C7 despus de haber estado en el electrolito y conectarlo en un amplificador durante &%. tambin observamos el ruidoproducido por estos electrodos sobre un periodo de % segundos, despus de haber estado en elelectrolito y conectado a un amplificador durante +% minutos.

7omo conclusin se observa que los electrodos reutili!ables tienen un potencial de offset deelectrodo y ruido m's bajo que los electrodos descartables. #in embargo, cabe mencionar particularmente para los electrodos descartables, que las tcnicas de fabricacin cambian

constantemente y que la performance tpica de estos electrodos puede cambiar con los proceso defabricacin.



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P=/7GH7/ C L 7G=8C8#

" 7olocar un electrodo de 7obre y uno de Plata separados por un electrolito ;gelconductor

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