Aufgabe Modul D - 6 · Abitur Hessen Chemietechnik LK 2022

Im menschlichen Körper ist Harnstoff das Endprodukt des Eiweißstoffwechsels, der der Entgiftung des im Aminosäureabbau anfallenden Stoffwechselgiftes Ammoniak dient. Harnstoff wird in der Niere filtriert, daher eignet sich u.a. die Bestimmung der Harnstoffkonzentration im Urin in der klinischen Diagnostik zur Prüfung der Nierenfunktion. Zur Kontrolle von künstlichen Nieren wurde ein elektrochemischer Harnstoff-Sensor entwickelt. Bei diesem wird zunächst der Harnstoff in Ammoniumionen $\text{NH}_4^+$ umgewandelt und deren Konzentration dann über eine Elektrode auf Grundlage der NERNST-Gleichung bestimmt. Die ammoniumselektive Elektrode wird dazu mit einer Referenzelektrode zusammengeschaltet und die Spannung wird gemessen.

6.1

Das Potenzial der ammoniumselektiven Elektrode entspricht nach NERNST:

$$E = E^0 + \frac{R\cdot T}{F}\cdot \ln\left(\frac{c(\text{NH}_4^+)}{\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}}\right)$$ Die Elektroanalytik des Harnstoffs ist bis $5000\,\text{mg/L}$ ausführbar. Berechnen Sie das Potenzial der Elektrode in Millivolt, das dieser Massenkonzentration an Harnstoff unter Standardbedingungen entspricht.

Hinweis: Das Standardelektrodenpotenzial beträgt $E^0 = 0{,}222\,\text{V}$.

6.2

Erläutern Sie die Notwendigkeit einer Referenz- bzw. Bezugselektrode.