Ioneselektiv elektrode

ISE er en potensiometrisk analyseteknikk som gir en rask og enkel metode for å måle ioneaktivitet. Ionet må løses opp i vann. Det er utarbeidet et stort antall søknader for å mestre ionekonsentrasjonsbestemmelse i mange prøver. Prøver kommer fra en rekke kilder, som mat, drikke, vann, miljø, medisin, legemidler og kjemikalier.

Ioneselektive elektroder kommer enten som kombinerte elektroder eller som halvceller. I de første er måle- og referanseelektrodene kombinert i én sensor. En halvcelle omfatter kun det ioneselektive elementet. En passende referanseelektrode må legges til for å oppnå et komplett sensorsystem.

Det følende elementet til ISE er den ioneselektive membranen, som produserer forskjellige potensialer ved forskjellige ionekonsentrasjoner. Derfor varierer potensialforskjellen mellom den ioneselektive og referanseelektroden tilsvarende og måles med en ionemåler. Denne potensialforskjellen er proporsjonal med aktiviteten til det valgte ionet i løsningen. Aktiviteten til et ion moduleres av dets konsentrasjon og ionestyrken til prøveløsningen. I daglig praksis, i stedet for aktivitet, blir ionekonsentrasjonen evaluert. De vanlige konsentrasjonsenhetene er mol/L, mg/L eller ppm.

Teknisk sett anbefaler vi på det sterkeste å bruke ISE-er kun for standarder og prøver i vandige løsninger.

Direkte måling i løsemidler (f.eks. etanol eller metanol) kan endre hovedegenskapene til elektrodene, slik som følsomhet, selektivitet, responstid og levetid. Det er flere forskningsarbeider som utførte atferdsstudier av ISE-er i en rekke organiske løsningsmidler og deres blandinger med vann og har rapportert en reduksjon i hellingen og den generelle ytelsen til elektroden. Vitenskapelig har ikke-vandige løsningsmidler en effekt på ioniske aktiviteter, og dermed kan endringen av prosentvolum av organiske løsningsmidler med vann endre elektrodepotensialene. En endring i løsningsmidlet kan forårsake endringer i de termodynamiske og kinetiske egenskapene til de tilstedeværende ionene. Også løseligheten til ISE-membranen, stabiliteten til andre metaller, adsorpsjonen av spesifikke ioner og/eller metallioner på membranen, og enhver udefinert overflatereaksjon kan være sterkt løsemiddelavhengig og krever derfor en riktig metodeutvikling i henhold til prøven .

Det er alternative måter å måle slike prøver ved hjelp av ISE. For eksempel, når det gjelder uorganisk fluor i ikke-vandige løsningsmidler, kan det måles ved å bruke en fluoridelektrode etter ekstrahering av fluor i vandige løsninger eller etter diffusjon, adsorpsjon eller asking (avhengig av hva som er aktuelt).

Alle brukermanualer inneholder nødvendig informasjon om sensorens kort- og langtidslagring. Generelt bør ionselektive elektroder oppbevares tørt for langtidslagring.

Potensialet til sensoren måles ved mange forskjellige konsentrasjoner av ionet av interesse. Man tegner en kurve av disse mV-signalene mot konsentrasjonen (logaritmisk). Vanligvis er det S-formet: relativt flatt ved veldig høye og veldig lave konsentrasjoner, nesten lineært i mellom. De angitte deteksjonsgrensene er definert av området der oppførselen er mer eller mindre lineær. For å gjøre en ISE brukbar for et annet område, må man endre membranoverflaten (større for lavere konsentrasjoner) eller bruke et annet ioneselektivt stoff i membranen.

En natriumselektiv elektrode er en glasselektrode som ligner veldig på en pH-elektrode. pH-glasselektroder viser en ubetydelig alkalifeil, og forsterkning av "alkalifeilen" fører til natriumselektive elektroder, som kun reagerer på endringer i natriumionekonsentrasjonen ved pH-verdier over 7. Derfor er en natrium ISEs levetid lik en pH-elektrodes levetid levetid (1-3 år) og påvirkes av flere faktorer (f.eks. forhøyede temperaturer, ekstreme pH-verdier, etc.).

Den mest relevante delen av en ioneselektiv elektrode er den ioneselektive membranen. Sammensetningen av membranen avhenger av analytt-ionet. For rutinebruk finnes det tre forskjellige membrantyper.

• Krystallinsk membran (faststoffmembran)
  Potensialforskjellen måles over en solid mono- eller polykrystallinsk membran. For eksempel brukes en monokrystallinsk lantanfluorid LaF ₃ membran for fluorid ISE. Krystallinske membraner er robuste og gir lang levetid.

• Polymermembran (flytende membran)
  Den selektive forbindelsen (ionofor) er innebygd i en polymermembran, vanligvis PVC. Til å begynne med ble flytende ionebyttere brukt. Senere har andre organiske forbindelser blitt funnet å være mer egnet, f.eks. antibiotika eller kronetere. Andre ingredienser, som myknere, forbedrer ytelsen til ISE. Polymermembraner er delikate. Avverg derfor mekaniske forvrengninger. De er også følsomme for organiske løsemidler på grunn av svelling av membranen og eluering av ingrediensene.

• Glassmembran
  Den vanligste glassmembranen ISE er pH-elektroden som måler H ⁺ ioner. Et annet eksempel er natrium ISE fra METTLER TOLEDO med membranglass som er følsomt for Na ⁺ . En stor fordel med glassmembranelektroder er deres kjemiske motstand.

En ISA-løsning (Ionic Strength Adjustment) gir høy og konstant bakgrunnsionstyrke. Den respektive ISA-løsningen velges avhengig av det målte ionet. ISA-løsninger tilsettes i samme forhold til prøven og standardene. For eksempel brukes TISAB II- eller TISAB III-løsninger til fluoridmålinger, justering av ionestyrken, pH-verdien og komplekse interfererende ioner.

Det er ingen grense spesifisert for offset i ISE-måling.
Ved pH-måling er den ideelle offsetverdien for pH-elektroder 0 mV ved pH 7 fordi det ikke er noen forskjell i H ⁺ -konsentrasjonen i og utenfor glassmembranen ved pH 7. Dette oppnås fordi den indre løsningen (ikke referanseelektrolytten, men løsningen inne i glassmembranen) er ved pH 7 bufferløsning. Avlesningen av en ISE er 0 mV hvis konsentrasjonen av ionet av interesse er lik innenfor og utenfor membranen. Ofte vet vi ikke sammensetningen av den indre løsningen, dvs. ikke for perfectION™-elektroder. Derfor er konsentrasjonen som resulterer i en 0 mV-avlesning ukjent og derfor ikke offsetverdien ved en gitt ionekonsentrasjon. For samme type ISE bør offset alltid være omtrent det samme. Men om denne verdien er -300 mV eller +650 mV er ikke relevant. Som en konsekvens er en forskyvningsgrense ikke nyttig.

Når du bruker en halvcellesensor, er kravene:

1. ISE halvcelle
2. Elektrolytt for DX-celle
3. Referanseelektrode
4. Elektrolytt referanseelektroden
5. ISA-løsning
6. Omrører
7. Temperatursonde

Når du bruker en kombinert (PerfectION™) elektrode, er kravene:

1. Kombinert elektrode
2. Påfyllingsløsning
3. ISA-løsning
4. Omrører
5. Temperatursonde