Electrode sélective d'ions

L'ISE est une technique d'analyse potentiométrique offrant une méthode rapide et simple pour mesurer l'activité ionique. L'ion doit être dissous dans l'eau. Un grand nombre d'applications ont été élaborées pour maîtriser la détermination de la concentration des ions dans de nombreux échantillons. Les échantillons proviennent de sources diverses, telles que les aliments, les boissons, l'eau, l'environnement, la médecine, les produits pharmaceutiques et les produits chimiques.

Les électrodes sélectives d'ions se présentent soit sous forme d'électrodes combinées, soit sous forme de demi-cellules. Dans les premières, les électrodes de mesure et de référence sont combinées en un seul capteur. Une demi-cellule comprend uniquement l'élément sélectif d'ions. Une électrode de référence appropriée doit être ajoutée pour obtenir un système de capteur complet.

L'élément de détection de l'ISE est la membrane sélective d'ions, qui produit différents potentiels à différentes concentrations d'ions. Par conséquent, la différence de potentiel entre l'électrode sélective d'ions et l'électrode de référence varie en conséquence et est mesurée avec un ionomètre. Cette différence de potentiel est proportionnelle à l'activité de l'ion sélectionné dans la solution. L'activité d'un ion est modulée par sa concentration et la force ionique de la solution d'échantillon. Dans la pratique quotidienne, au lieu de l'activité, on évalue la concentration de l'ion. Les unités de concentration habituelles sont les mol/L, mg/L ou ppm.

D'un point de vue technique, nous recommandons vivement d'utiliser les ISE pour les étalons et les échantillons dans des solutions aqueuses uniquement.

La mesure directe dans des solvants (par exemple, l'éthanol ou le méthanol) peut altérer les principales propriétés des électrodes, telles que la sensibilité, la sélectivité, le temps de réponse et la durée de vie. Il existe plusieurs travaux de recherche qui ont réalisé l'étude comportementale des ISE dans une variété de solvants organiques et leurs mélanges avec l'eau et qui ont rapporté une diminution de la pente et de la performance globale de l'électrode. Scientifiquement, les solvants non aqueux ont un effet sur les activités ioniques, et donc le changement de pourcentage de volume par des solvants organiques avec de l'eau peut modifier les potentiels de l'électrode. Un changement de solvant peut entraîner des modifications des propriétés thermodynamiques et cinétiques des ions présents. De même, la solubilité de la membrane ISE, la stabilité d'autres métaux, l'adsorption d'ions spécifiques et/ou d'ions métalliques sur la membrane, et toute réaction de surface non définie peuvent dépendre fortement du solvant et nécessitent donc le développement d'une méthode adaptée à l'échantillon.

Il existe d'autres moyens de mesurer ces échantillons par ISE. Par exemple, dans le cas du fluorure inorganique dans des solvants non aqueux, il peut être mesuré à l'aide d'une électrode à fluorure après extraction du fluorure dans des solutions aqueuses ou après diffusion, adsorption ou incinération (selon le cas).

Tous les manuels d'utilisation contiennent les informations nécessaires concernant le stockage à court et à long terme du capteur. En général, les électrodes sélectives d'ions doivent être stockées au sec pour un stockage à long terme.

Le potentiel du capteur est mesuré à de nombreuses concentrations différentes de l'ion d'intérêt. On trace une courbe de ces signaux mV en fonction de la concentration (logarithmique). Habituellement, cette courbe est en forme de S : relativement plate à des concentrations très élevées et très faibles, presque linéaire entre les deux. Les limites de détection spécifiées sont définies par la plage dans laquelle le comportement est plus ou moins linéaire. Pour rendre un ISE utilisable pour une autre gamme, il faudrait modifier la surface de la membrane (plus grande pour les concentrations plus faibles) ou utiliser une autre substance sélective d'ions dans la membrane.

Une électrode sélective au sodium est une électrode de verre très similaire à une électrode de pH. Les électrodes de verre de pH présentent une erreur alcaline négligeable, et l'amplification de l'"erreur alcaline" conduit à des électrodes sélectives au sodium, qui ne répondent qu'aux changements de la concentration en ions sodium à des valeurs de pH supérieures à 7. Par conséquent, la durée de vie d'une ISE au sodium est similaire à celle d'une électrode de pH (1 à 3 ans) et est influencée par plusieurs facteurs (par exemple, des températures élevées, des valeurs de pH extrêmes, etc.)

La partie la plus importante d'une électrode sélective d'ions est la membrane sélective d'ions. La composition de la membrane dépend de l'ion de l'analyte. Pour une utilisation de routine, il existe trois types de membrane différents.

• Membrane cristalline (membrane à l'état solide)
  La différence de potentiel est mesurée à travers une membrane solide mono- ou polycristalline. Par exemple, une membrane monocristalline en fluorure de lanthane LaF₃ est utilisée pour l'ISE du fluorure. Les membranes cristallines sont robustes et ont une longue durée de vie.

• Membrane polymère (membrane liquide)
  Le composé sélectif (ionophore) est incorporé dans une membrane polymère, généralement en PVC. Au départ, on utilisait des échangeurs d'ions liquides. Par la suite, d'autres composés organiques se sont avérés plus appropriés, par exemple des antibiotiques ou des éthers couronnes. D'autres ingrédients, comme les plastifiants, améliorent les performances de l'ISE. Les membranes polymères sont délicates. Il faut donc éviter les déformations mécaniques. Elles sont également sensibles aux solvants organiques en raison du gonflement de la membrane et de l'élution des ingrédients.

• Membrane en verre
  L'ISE à membrane de verre la plus courante est l'électrode de pH mesurant les ions H⁺. Un autre exemple est l'ISE au sodium de METTLER TOLEDO dont la membrane de verre est sensible au Na⁺. Un avantage majeur des électrodes à membrane de verre est leur résistance chimique.

Une solution ISA (Ionic Strength Adjustment) fournit une force ionique de fond élevée et constante. La solution ISA respective est choisie en fonction de l'ion mesuré. Les solutions ISA sont ajoutées dans la même proportion à l'échantillon et aux standards. Par exemple, les solutions TISAB II ou TISAB III sont utilisées pour les mesures de fluorure, en ajustant la force ionique, la valeur du pH et les ions interférents complexes.

Il n'y a pas de limite spécifiée pour le décalage dans la mesure ISE.
Dans la mesure du pH, la valeur de décalage idéale pour les électrodes de pH est de 0 mV à pH 7 parce qu'il n'y a pas de différence dans la concentration de H⁺ à l'intérieur et à l'extérieur de la membrane de verre à pH 7. Ceci est obtenu parce que la solution interne (pas l'électrolyte de référence, mais la solution à l'intérieur de la membrane de verre) est une solution tampon à pH 7. La lecture d'un ISE est de 0 mV si la concentration de l'ion d'intérêt est égale à l'intérieur et à l'extérieur de la membrane. Souvent, nous ne connaissons pas la composition de la solution intérieure, c'est-à-dire pas pour les électrodes perfectION™. Par conséquent, la concentration résultant d'une lecture de 0 mV est inconnue et donc pas la valeur de décalage à une concentration d'ions donnée. Pour le même type d'ISE, le décalage devrait toujours être à peu près le même. Mais que cette valeur soit de -300 mV ou +650 mV n'est pas pertinent. Par conséquent, une limite de décalage n'est pas utile.

En utilisant un capteur demi-cellule, les exigences sont les suivantes :

1. Demi-cellule ISE
2. Electrolyte pour la cellule DX
3. Electrode de référence
4. Electrolyte l'électrode ou de référence
5. Solution ISE
6. Agitateur
7. Sonde de température

Lors de l'utilisation d'une électrode combinée (PerfectION™), les exigences sont les suivantes :

1. Electrode combinée
2. Solution de remplissage
3. Solution ISA
4. Agitateur
5. Sonde de température