ตัวตรวจวัดไอออนเฉพาะเจาะจง

ISE เป็นเทคนิคการวิเคราะห์โพเทนชิโอเมตริกที่ให้วิธีการที่รวดเร็วและง่ายดายในการวัดกิจกรรมของไอออน ไอออนจะต้องละลายในน้ำ มีการใช้งานจำนวนมากเพื่อกำหนดความเข้มข้นของไอออนในตัวอย่างจำนวนมาก ตัวอย่างมาจากแหล่งต่างๆ เช่น อาหาร เครื่องดื่ม น้ำ สิ่งแวดล้อม ยา เวชภัณฑ์ และสารเคมี

อิเล็กโทรดเจาะจงไอออนมีทั้งแบบอิเล็กโทรดแบบรวมหรือแบบครึ่งเซลล์ ในแบบแรก การวัดและอิเล็กโทรดอ้างอิงจะรวมกันอยู่ในเซ็นเซอร์เดียว ครึ่งเซลล์ประกอบด้วยองค์ประกอบที่คัดเลือกไอออนเท่านั้น ต้องเพิ่มอิเล็กโทรดอ้างอิงที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ระบบเซ็นเซอร์ที่สมบูรณ์

องค์ประกอบการตรวจจับของ ISE คือเยื่อเลือกไอออน ซึ่งสร้างศักยภาพที่แตกต่างกันที่ความเข้มข้นของไอออนที่แตกต่างกัน ดังนั้น ความต่างศักย์ระหว่างอิออนแบบเจาะจงอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรดอ้างอิงจึงแปรผันตามและวัดด้วยอิออนมิเตอร์ ความต่างศักย์นี้เป็นสัดส่วนกับกิจกรรมของไอออนที่เลือกในสารละลาย กิจกรรมของไอออนถูกมอดูเลตโดยความเข้มข้นและความแรงของไอออนของสารละลายตัวอย่าง ในการปฏิบัติประจำวัน แทนที่จะทำกิจกรรม จะมีการประเมินความเข้มข้นของไอออน หน่วยความเข้มข้นปกติคือ mol/L, mg/L หรือ ppm

ในทางเทคนิค เราขอแนะนำอย่างยิ่งให้ใช้ ISE สำหรับมาตรฐานและตัวอย่างในสารละลายที่เป็นน้ำเท่านั้น

การวัดค่าโดยตรงในตัวทำละลาย (เช่น เอทานอลหรือเมทานอล) สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติหลักของอิเล็กโทรดได้ เช่น ความไว การเลือกใช้ เวลาตอบสนอง และอายุการใช้งาน มีงานวิจัยหลายชิ้นที่ทำการศึกษาพฤติกรรมของ ISE ในตัวทำละลายอินทรีย์หลายชนิดและผสมกับน้ำ และได้รายงานการลดลงของความลาดเอียงและประสิทธิภาพโดยรวมของอิเล็กโทรด ในทางวิทยาศาสตร์ ตัวทำละลายที่ไม่ใช่น้ำมีผลต่อกิจกรรมไอออนิก ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงเปอร์เซ็นต์ปริมาตรโดยตัวทำละลายอินทรีย์กับน้ำสามารถเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดได้ การเปลี่ยนแปลงในตัวทำละลายอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์และจลนพลศาสตร์ของไอออนที่มีอยู่ นอกจากนี้ ความสามารถในการละลายของเมมเบรน ISE ความเสถียรของโลหะอื่นๆ การดูดซับไอออนเฉพาะและ/หรือไอออนของโลหะบนเมมเบรน และปฏิกิริยาที่พื้นผิวที่ไม่ได้กำหนดใดๆ อาจขึ้นอยู่กับตัวทำละลายอย่างมาก ดังนั้นจึงต้องมีการพัฒนาวิธีการที่เหมาะสมตามตัวอย่าง .

มีวิธีอื่นในการวัดตัวอย่างดังกล่าวด้วย ISE ตัวอย่างเช่น ในกรณีของฟลูออไรด์อนินทรีย์ในตัวทำละลายที่ไม่ใช่น้ำ สามารถวัดได้โดยใช้อิเล็กโทรดฟลูออไรด์หลังจากแยกฟลูออไรด์ออกเป็นสารละลายที่เป็นน้ำหรือตามการแพร่ การดูดซับ หรือการเกิดขี้เถ้า (แล้วแต่ว่าจะใช้แบบใด)

คู่มือผู้ใช้ทั้งหมดมีข้อมูลที่จำเป็นเกี่ยวกับการจัดเก็บระยะสั้นและระยะยาวของเซ็นเซอร์ โดยทั่วไป ควรเก็บอิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนไว้ในที่แห้งเพื่อการเก็บรักษาในระยะยาว

ศักยภาพของเซ็นเซอร์ถูกวัดที่ความเข้มข้นต่างๆ ของไอออนที่น่าสนใจ วาดเส้นโค้งของสัญญาณ mV เหล่านี้เทียบกับความเข้มข้น (ลอการิทึม) โดยปกติจะเป็นรูปตัว S: ค่อนข้างแบนที่ความเข้มข้นสูงมากและต่ำมาก เกือบจะเป็นเส้นตรงระหว่างนั้น ขีดจำกัดการตรวจจับที่ระบุถูกกำหนดโดยช่วงที่ลักษณะการทำงานเป็นเชิงเส้นมากหรือน้อย เพื่อให้ ISE ใช้งานได้ในช่วงต่างๆ กัน เราจะต้องเปลี่ยนพื้นผิวเมมเบรน (ให้ใหญ่ขึ้นสำหรับความเข้มข้นที่ต่ำกว่า) หรือใช้สารคัดเลือกไอออนชนิดอื่นในเมมเบรน

อิเล็กโทรดแบบเลือกโซเดียมเป็นอิเล็กโทรดแก้วที่คล้ายกับอิเล็กโทรด pH อิเล็กโทรดแก้ววัดค่า pH แสดงข้อผิดพลาดเกี่ยวกับด่างเล็กน้อย และการขยาย "ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับด่าง" นำไปสู่อิเล็กโทรดแบบเลือกโซเดียม ซึ่งตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของโซเดียมไอออนที่ค่า pH สูงกว่า 7 เท่านั้น ดังนั้น อายุการใช้งานของโซเดียม ISE จึงคล้ายกับของอิเล็กโทรดวัดค่า pH อายุการใช้งาน (1 ถึง 3 ปี) และได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการ (เช่น อุณหภูมิสูง ค่า pH สูง ฯลฯ)

ส่วนที่เกี่ยวข้องมากที่สุดของอิเล็กโทรดคัดเลือกไอออนคือเมมเบรนคัดเลือกไอออน องค์ประกอบของเมมเบรนขึ้นอยู่กับไอออนที่วิเคราะห์ สำหรับการใช้งานเป็นประจำ มีเมมเบรนสามประเภทที่แตกต่างกัน

• เมมเบรนผลึก (เมมเบรนสถานะของแข็ง)
  ความต่างศักย์ถูกวัดทั่วทั้งเมมเบรนโมโนหรือโพลีคริสตัลไลน์ที่เป็นของแข็ง ตัวอย่างเช่น เมมเบรนโมโนคริสตัลไลน์แลนทานัมฟลูออไรด์ LaF ₃ ใช้สำหรับฟลูออไรด์ ISE เยื่อคริสตัลลีนมีความแข็งแรงและมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน

• โพลิเมอร์เมมเบรน (เมมเบรนเหลว)
  สารประกอบเฉพาะ (ไอโอโนฟอร์) ถูกฝังอยู่ในเมมเบรนโพลิเมอร์ ซึ่งโดยปกติจะเป็นพีวีซี เริ่มแรกใช้เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนเหลว ต่อมาพบว่าสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ เหมาะสมกว่า เช่น ยาปฏิชีวนะหรือคราวน์อีเทอร์ ส่วนผสมอื่นๆ เช่น พลาสติไซเซอร์ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ ISE เยื่อโพลิเมอร์มีความบอบบาง ดังนั้น หลีกเลี่ยงการบิดเบือนทางกล พวกเขายังไวต่อตัวทำละลายอินทรีย์เนื่องจากการบวมของเมมเบรนและการชะของส่วนผสม

• เยื่อแก้ว
  ISE เมมเบรนแก้วที่พบมากที่สุดคืออิเล็กโทรด pH ที่วัดไอออน H ⁺ อีกตัวอย่างหนึ่งคือโซเดียม ISE จาก METTLER TOLEDO ที่มีเมมเบรนแก้วไวต่อ Na ⁺ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของอิเล็กโทรดเมมเบรนแก้วคือความทนทานต่อสารเคมี

โซลูชัน ISA (การปรับความแรงของไอออนิก) ให้ความแรงของไอออนพื้นหลังที่สูงและคงที่ โซลูชัน ISA ที่เกี่ยวข้องจะถูกเลือกโดยขึ้นอยู่กับไอออนที่วัดได้ สารละลาย ISA ถูกเติมในสัดส่วนที่เท่ากันกับตัวอย่างและมาตรฐาน เช่น สารละลาย TISAB II หรือ TISAB III ใช้สำหรับการวัดฟลูออไรด์ การปรับความแรงของไอออน ค่า pH และไอออนรบกวนเชิงซ้อน

ไม่มีการระบุขีดจำกัดสำหรับการชดเชยในการวัด ISE
ในการวัดค่า pH ค่าออฟเซ็ตที่เหมาะสมที่สุดสำหรับอิเล็กโทรดวัดค่า pH คือ 0 mV ที่ pH 7 เนื่องจากไม่มีความแตกต่างของความเข้มข้น H ⁺ ภายในและภายนอกเยื่อหุ้มแก้วที่ pH 7 ซึ่งทำได้เนื่องจากสารละลายภายใน (ไม่ใช่อิเล็กโทรไลต์อ้างอิง แต่สารละลายอยู่ภายในเยื่อหุ้มแก้ว) อยู่ที่ pH 7 สารละลายบัฟเฟอร์ ค่า ISE ที่อ่านได้คือ 0 mV ถ้าความเข้มข้นของไอออนที่สนใจมีค่าเท่ากันทั้งภายในและภายนอกเมมเบรน บ่อยครั้งที่เราไม่ทราบองค์ประกอบของสารละลายภายใน กล่าวคือ ไม่ใช่สำหรับอิเล็กโทรด perfectION™ ดังนั้น ความเข้มข้นที่เป็นผลในการอ่านค่า 0 mV จึงไม่เป็นที่รู้จัก ดังนั้นจึงไม่ใช่ค่าชดเชยที่ความเข้มข้นของไอออนใดๆ ที่กำหนด สำหรับ ISE ประเภทเดียวกัน ออฟเซ็ตควรเท่ากันเสมอ แต่ถ้าค่านี้เป็น -300 mV หรือ +650 mV จะไม่เกี่ยวข้อง ดังนั้น ขีดจำกัดออฟเซ็ตจึงไม่มีประโยชน์

ขณะใช้เซ็นเซอร์แบบครึ่งเซลล์ ข้อกำหนดคือ:

1. ISE ครึ่งเซลล์
2. อิเล็กโทรไลต์สำหรับเซลล์ DX
3. อิเล็กโทรดอ้างอิง
4. อิเล็กโทรไลต์หรืออิเล็กโทรดอ้างอิง
5. โซลูชัน ISA
6. เครื่องกวน
7. หัววัดอุณหภูมิ

ขณะใช้อิเล็กโทรดแบบรวม (PerfectION™) ข้อกำหนดคือ:

1. อิเล็กโทรดรวม
2. น้ำยาเติม
3. โซลูชัน ISA
4. เครื่องกวน
5. หัววัดอุณหภูมิ