In un sistema elettrochimico, l'individuazione dell'anodo e del catodo può risultare complessa, poiché talvolta il catodo corrisponde al polo positivo (+) e l'anodo al polo negativo (-), mentre altre volte si verifica l'esatto opposto. Cercheremo di fare chiarezza su questo importante argomento della chimica generale e della fisica, tramite semplici esempi e immagini illustrative.
Definizione di Anodo e Catodo
Anodo e catodo vengono definiti non in base alla polarità dell'elettrodo (+ o -), ma a seconda del tipo di processo che in esso avviene. L'anodo (dal greco ἄνοδος = "salita") è l'elettrodo nel quale avviene la semireazione di ossidazione, mentre il catodo (dal greco κάθοδος = "discesa") è l'elettrodo nel quale avviene la semireazione di riduzione. Un piccolo trucco per associare i termini: vocale con vocale - anodo, ossidazione - consonante con consonante - catodo, riduzione.
Nel caso delle celle elettrochimiche, però, le reazioni di ossidazione e di riduzione vengono forzate per mezzo di un generatore di corrente; in questo caso quindi l'anodo è il polo positivo (+) mentre il catodo è il polo negativo (-).
Elettroforesi: Principio e Applicazioni
L'elettroforesi è una tecnica analitica e separativa basata sul movimento di particelle elettricamente cariche immerse in un fluido per effetto di un campo elettrico applicato mediante una coppia di elettrodi al fluido stesso. Le particelle si spostano verso il catodo se hanno carica positiva e verso l'anodo se hanno carica negativa. Si tratta di un fenomeno elettrocinetico che in biochimica costituisce una metodica indispensabile per lo studio delle macromolecole biologiche (proteine, acidi nucleici).
Consiste in un movimento unidirezionale di particelle elettricamente cariche, sospese o disciolte in un mezzo liquido conduttore, sotto l’azione del campo elettrico tra due elettrodi. Il fenomeno ha, più in particolare, il nome di anaforesi o di cataforesi a seconda che il movimento avvenga verso l’anodo (particelle negative) o verso il catodo (positive).
Anche l’elettroforesi, come gli altri fenomeni elettrocinetici, è dovuta all’esistenza di un doppio strato elettrico intorno alle particelle colloidali: l’applicazione di un campo elettrico mette in movimento le micelle (costituite dalle particelle e dalle porzioni di doppio strato solidali a esse) verso l’elettrodo che ha segno opposto a quello della carica superficiale delle particelle.
A seconda del tipo di particella considerata, colloidale di alto peso molecolare o ionica, si parla di elettroforesi. Tale mobilità può essere misurata dallo spazio s percorso da una particella in un certo tempo t per effetto di un campo elettrico E, ottenuto applicando una tensione V fra due elettrodi fra loro distanti l.
L'elettroforesi è una tecnica utilizzata nell'ambito delle analisi di laboratorio che sfrutta la massa molecolare e la carica elettrica delle proteine, per valutarne la quantità e la qualità. In particolare, quest'esame consente di separare le proteine in cinque frazioni: albumina, alfa 1 globuline, alfa 2 globuline, beta globuline e gamma globuline.
L'alterazione del rapporto tra questi tipi di proteine è indicativa di alcune condizioni patologiche. Chiamata anche elettroforesi proteica o protidogramma, quest'esame è realizzato adottando un metodo molto particolare: al campione è applicato un campo elettrico, grazie al quale le proteine si "raggruppano" per tipologia. Ciascuna delle proteine che permette di analizzare l'elettroforesi, infatti, ha una propria massa molecolare e una carica elettrica, che consente loro di rispondere alla sollecitazione, fornita dalla corrente continua, in un modo caratteristico.
Tipi di Elettroforesi
- Elettroforesi su gel di agarosio: Tecnica classicamente utilizzata per analizzare e separare acidi nucleici. Questa tecnica sfrutta le cariche presenti nelle molecole di DNA o RNA (caricate negativamente) per farle migrare, in un campo elettrico, attraverso un gel di agarosio. Il gel funge da setaccio, essendo costituito da una rete di pori, i quali consentono di separare le molecole in base alla loro grandezza: quelle più piccole attraversano più velocemente i pori rispetto a quelle più grandi quindi si avrà una separazione in funzione della velocità.
- Elettroforesi su gel di acrilammide (PAGE): Tecnica che serve principalmente per analizzare e separare le proteine, sfruttando le dimensioni e la carica delle proteine stesse.
- Elettroforesi su supporto: L’elettroforesi su supporto è largamente impiegata specialmente in diagnostica per l’analisi rapida di soluzioni colloidali complesse. L’uso del supporto consente di ridurre i moti diffusivi: quindi le separazioni sono migliori e la misura della mobilità assai più agevole. La carta da filtro è stata il primo tipo di supporto a essere impiegato e anche quello che ha trovato la maggiore diffusione.
Fattori che influenzano la velocità di migrazione nell'elettroforesi su gel di agarosio
- Peso molecolare
- Concentrazione di agarosio
- Conformazione DNA
- Voltaggio applicato
- Intercalanti
- Tampone di elettroforesi
Applicazioni Industriali
Procedimenti di tipo elettroforetico sono stati infatti proposti per separare la fase dispersa di un sistema colloidale dal mezzo disperdente e dalle sostanze che vi si trovano allo stato di soluzione vera, realizzando con celerità risultati analoghi a quelli che si conseguono d’ordinario con l’elettrodialisi (così, per es., per la coagulazione del latice di caucciù, per la purificazione delle argille, delle gelatine ecc.).
Metodi elettroforetici sono anche impiegati quando si desidera depositare su oggetti, in particolare su oggetti di forma irregolare, uno strato uniforme di un certo materiale. Sistemi di verniciatura mediante elettroforesi.
Elettroforesi: Preparazione e Valori di Riferimento
Per l'elettroforesi sieroproteica (esame del sangue) è necessario sottoporsi ad un semplice prelievo di sangue dalla vena di un braccio. Per l'elettroforesi delle proteine urinarie (analisi delle urine) è necessario raccogliere una piccola quantità di urine in un apposito contenitore sterile. Prima del prelievo ematico, alcuni laboratori potrebbero richiedere di osservare un digiuno di almeno 10-12 ore. Alcuni medicinali possono influenzare l'esito dell'elettroforesi, pertanto è consigliabile segnalare al medico eventuali terapie in corso.
Bisogna sempre ricordare che i valori di riferimento possono cambiare da un laboratorio ad un altro. Normalmente, con l'elettroforesi è riscontrabile una piccola concentrazione di proteine nell'urina. In condizioni normali, la concentrazione delle proteine totali nel liquor è molto bassa.