Electrodos de biopotencial

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Electrodos de biopotencial

• Se emplean para medir potenciales y corrientes
  emanados del cuerpo.
• Sirven como interfaz entre el cuerpo y los
  sistemas de instrumentación.
• Realizan la transducción de corrientes iónicas en
  el cuerpo a electrónicas en el sistema de
  medición.

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Interfaz electrodo-electrolito
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Interfaz electrodo-electrolito

• Para que se dé el intercambio de carga tienen que
  ocurrir reacciones químicas dadas por
• n es la valencia de C y m la de A

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Potencial de semicelda

• Surge cuando en un área localizada alrededor del
  electrodo éste entra en contacto con el
  electrolito.
• Está determinado por el metal, la concentración
  de iones y la temperatura.
• Se establece una separación de cargas en la
  interfaz.

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Potencial de semicelda

• Para medirlo se requiere introducir otro
  electrodo en la solución (otro potencial de
  semicelda).
• Existirían muchas combinaciones de pares de
  electrodos para medir un potencial de semicelda.
• Se fija como referencia el electrodo de Hidrógeno
  (Con 0V por convención).

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Potencial de semicelda
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Potencial de semicelda
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Polarización

• Cuando fluye corriente por la interfaz electrodo
  electrolito el potencial de semicelda se altera.
• Este fenómeno se conoce como polarización del
  electrodo.
• La diferencia del potencial de semicelda original
  y el alterado se llama sobrevoltaje.

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Mecanismos generadores de polarización y
sobrevoltaje

• Existe tres mecanismos que son aditivos, por
  tanto, el sobrevoltaje está dado por
• Vp Sobrevoltaje total
• Vr Sobrevoltaje óhmico
• Vp Sobrevoltaje por concentración
• Vr Sobrevoltaje de activación

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Mecanismos generadores de polarización y
sobrevoltaje

• Sobrevoltaje óhmico Debido a la resistencia del
  electrolito
• Sobrevoltaje por concentración Debido a las
  diferencias de concentración de iones en la
  vecindad del electrodo.
• Sobrevoltaje de activación Debido a las
  diferencias de las energías de barrera en la
  reacción que gobierna el intercambio de iones

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Potencial de soluciones iónicas
Membrana semipermeable
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Potencial de soluciones iónicas

• Ecuación de Nernst
• ai Disponibilidad de que la especie i entre en
  reacción. Es aproximadamente igual a la
  concentración

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Modelo del potencial de semicelda

• E Potencial de semicelda
• E0 Potencial de semicelda estándar
• n valencia del material del electrodo
• acn Actividad del catión Cn

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Potencial de juntura líquido

• Potencial entre dos soluciones con diferentes
  iones.
• µ, µ- movilidades de los iones
• a, a Actividades de las soluciones

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Electrodos polarizables y no polarizables

• Esta clasificación se debe al comportamiento de
  los electrodos al paso de la corriente.
• 1. Electrodos perfectamente polarizables Cuando
  no hay cruce de cargas en la interfaz
• 2. Electrodos perfectamente no polarizables
  Cuando hay cruce de cargas (no tienen
  sobrevoltajes)

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Electrodos polarizables y no polarizables

• No se fabrican en la realidad pero se encuentran
  electrodos con características similares
• Los electrodos de materiales nobles (platino) se
  asemejan a los polarizables. Tienen un gran
  efecto capacitivo

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Electrodos polarizables y no polarizables

• Electrodo de plata-cloruro de plata Se aproxima
  a un no polarizable

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Electrodo de Ag/AgCl

• Representado por dos ecuaciones
• La tasa de precipitación y retorno es la
  constante Ks (producto solubilidad)

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Electrodo de Ag/AgCl

• En condiciones de equilibrio
• aCl-1 en fluidos biológicos y Ks10-10, por
  tanto, aAg es del orden de Ks y su actividad en
  los fluidos biológicos será muy pequeña.

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Electrodo de Ag/AgCl

• Potencial de semicelda

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Electrodo de Ag/AgCl

• Construcción 1

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Electrodo de Ag/AgCl

• Construcción 2 Cápsula

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Funcionamiento y modelos circuitales de los
electrodos

• El modelo requiere elementos no lineales
• Las características son sensibles al paso de
  corrientes a través del electrodo
• Se comporta diferente para altas y bajas
  corrientes
• Dependen de la forma de onda
• Dependen de la frecuencia

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Funcionamiento y modelos circuitales de los
electrodos

• Rd y Cd Asociados a la interfaz
  electrodo-electrolito
• Rs Resistencia del electrolito
• Ehc Potencial de semicelda

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Funcionamiento y modelos circuitales de los
electrodos

• La impedancia equivalente de este circuito es

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Funcionamiento y modelos circuitales de los
electrodos

• Respuesta en frecuencia

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Interfaz electrodo-piel

• Para medir biopotenciales en la superficie
  corporal se debe considerar, además de la
  interfaz electrodo-electrolito, la contribución
  de la piel.
• El electrolito es una pasta o gel que contiene
  iones de Cl- como principal anión.
• La interfaz electrodo-gel es una interfaz
  electrodo-electrolito

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Interfaz electrodo-piel

• Estructura de la piel

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Interfaz electrodo-piel

• Estructura de la piel

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Interfaz electrodo-piel

• La influencia del estrato córneo se puede
  minimizar frotando la piel hasta causar eritema.
  Este proceso hace que se minimice Ese, Ce y Re
• Cuando se minimiza el efecto del estrato córneo
  se logra mayor estabilidad de la señal

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Artefacto por movimiento

• Cuando se emplean electrodos polarizables en
  contacto con un electrolito se forma una doble
  capa de cargas en la interfaz.
• Si se mueve el electrodo, se genera un
  desplazamiento de cargas que poduce una variación
  del potencial de semicelda hasta que se
  restablece el equilibrio

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Artefacto por movimiento

• Si se está midiendo una diferencia de potencial
  entre dos electrodos y uno se mueve aparece un
  ruido en la señal medida.
• El ruido se conoce como artefacto por movimiento
  y puede ser una interferencia seria en la
  medición de biopotenciales

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Artefacto por movimiento

• El artefacto por movimiento es mínimo en los
  electrodos no polarizables
• El artefacto por movimiento tiene una mayor
  influencia en bajas frecuencias.