Điện cực chọn lọc Ion

ISE là một kỹ thuật phân tích điện thế cung cấp một phương pháp nhanh chóng và đơn giản để đo hoạt độ ion. Các ion phải được hòa tan trong nước. Một số lượng lớn các ứng dụng đã được rút ra để làm chủ việc xác định nồng độ ion trong nhiều mẫu. Các mẫu có nguồn gốc từ nhiều nguồn khác nhau, chẳng hạn như thực phẩm, đồ uống, nước, môi trường, y học, dược phẩm và hóa chất.

Các điện cực chọn lọc ion có thể là điện cực kết hợp hoặc nửa tế bào. Trong những cái đầu tiên, các điện cực đo lường và tham chiếu được kết hợp trong một cảm biến. Một nửa tế bào chỉ bao gồm phần tử chọn lọc ion. Phải thêm một điện cực tham chiếu phù hợp để đạt được một hệ thống cảm biến hoàn chỉnh.

Phần tử cảm biến của ISE là màng chọn lọc ion, tạo ra các điện thế khác nhau ở các nồng độ ion khác nhau. Do đó, hiệu điện thế giữa điện cực chọn lọc ion và điện cực tham chiếu thay đổi tương ứng và được đo bằng máy đo ion. Sự khác biệt tiềm năng này tỷ lệ thuận với hoạt động của ion được chọn trong dung dịch. Hoạt động của một ion được điều biến bởi nồng độ của nó và cường độ ion của dung dịch mẫu. Trong thực tế hàng ngày, thay vì hoạt động, nồng độ ion được đánh giá. Các đơn vị nồng độ thông thường là mol/L, mg/L hoặc ppm.

Về mặt kỹ thuật, chúng tôi thực sự khuyên bạn chỉ nên sử dụng ISE cho các chất chuẩn và mẫu trong dung dịch nước.

Phép đo trực tiếp trong dung môi (ví dụ: etanol hoặc metanol) có thể thay đổi các đặc tính chính của điện cực, chẳng hạn như độ nhạy, độ chọn lọc, thời gian đáp ứng và tuổi thọ. Có một số công trình nghiên cứu đã thực hiện nghiên cứu hành vi của ISE trong nhiều loại dung môi hữu cơ và hỗn hợp của chúng với nước và đã báo cáo sự giảm độ dốc và hiệu suất tổng thể của điện cực. Về mặt khoa học, dung môi không phải nước có ảnh hưởng đến hoạt động của ion, và do đó sự thay đổi phần trăm thể tích của dung môi hữu cơ với nước có thể làm thay đổi thế điện cực. Một sự thay đổi trong dung môi có thể gây ra những thay đổi về tính chất nhiệt động và động học của các ion có mặt. Ngoài ra, độ hòa tan của màng ISE, tính ổn định của các kim loại khác, sự hấp phụ của các ion cụ thể và/hoặc ion kim loại trên màng và bất kỳ phản ứng bề mặt không xác định nào có thể phụ thuộc nhiều vào dung môi và do đó cần có phương pháp phát triển phù hợp theo mẫu .

Có nhiều cách khác để đo các mẫu như vậy bằng ISE. Ví dụ, trong trường hợp florua vô cơ trong dung môi không chứa nước, nó có thể được đo bằng điện cực florua sau khi chiết florua vào dung dịch nước hoặc sau khi khuếch tán, hấp phụ hoặc tro hóa (tùy theo trường hợp nào được áp dụng).

Tất cả các hướng dẫn sử dụng đều chứa thông tin cần thiết về việc lưu trữ ngắn hạn và dài hạn của cảm biến. Nói chung, nên bảo quản Điện cực chọn lọc ion ở nơi khô ráo để bảo quản lâu dài.

Điện thế của cảm biến được đo ở nhiều nồng độ khác nhau của ion quan tâm. Người ta vẽ một đường cong của các tín hiệu mV này theo nồng độ (logarit). Thông thường, nó có hình chữ S: tương đối bằng phẳng ở nồng độ rất cao và rất thấp, gần như tuyến tính ở giữa. Các giới hạn phát hiện đã chỉ định được xác định bởi phạm vi trong đó hành vi ít nhiều tuyến tính. Để làm cho ISE có thể sử dụng được cho một phạm vi khác, người ta sẽ phải thay đổi bề mặt màng (lớn hơn cho nồng độ thấp hơn) hoặc sử dụng một chất chọn lọc ion khác trong màng.

Điện cực chọn lọc natri là điện cực thủy tinh rất giống với điện cực pH. Các điện cực thủy tinh pH cho thấy sai số kiềm không đáng kể và việc khuếch đại "sai số kiềm" dẫn đến các điện cực chọn lọc natri, chỉ phản ứng với những thay đổi về nồng độ ion natri ở các giá trị pH trên 7. Do đó, tuổi thọ của ISE natri tương tự như điện cực pH tuổi thọ (1 đến 3 năm) và bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố (ví dụ: nhiệt độ cao, giá trị pH quá cao, v.v.).

Phần thích hợp nhất của điện cực chọn lọc ion là màng chọn lọc ion. Thành phần của màng phụ thuộc vào ion chất phân tích. Để sử dụng thường xuyên, có ba loại màng khác nhau.

• Màng tinh thể (màng trạng thái rắn)
  Sự khác biệt tiềm năng được đo trên một màng đơn hoặc đa tinh thể rắn. Ví dụ, màng đơn tinh thể lantan florua LaF ₃ được sử dụng cho ISE florua. Màng tinh thể chắc chắn và có tuổi thọ lâu dài.

• Màng polymer (màng chất lỏng)
  Hợp chất chọn lọc (ionophore) được nhúng trong màng polyme, thường là PVC. Ban đầu, các chất trao đổi ion lỏng được sử dụng. Sau đó, các hợp chất hữu cơ khác được cho là phù hợp hơn, ví dụ như thuốc kháng sinh hoặc ete vương miện. Các thành phần khác, chẳng hạn như chất làm dẻo, nâng cao hiệu suất của ISE. Màng polymer rất tinh tế. Do đó, ngăn chặn các biến dạng cơ học. Chúng cũng nhạy cảm với các dung môi hữu cơ do sự trương nở của màng và sự rửa giải của các thành phần.

• màng thủy tinh
  Màng thủy tinh ISE phổ biến nhất là điện cực pH đo ion H ⁺ . Một ví dụ khác là natri ISE của METTLER TOLEDO với màng thủy tinh nhạy cảm với Na ⁺ . Một ưu điểm chính của điện cực màng thủy tinh là khả năng kháng hóa chất của chúng.

Giải pháp ISA (Điều chỉnh cường độ ion) cung cấp cường độ ion nền cao và không đổi. Giải pháp ISA tương ứng được chọn tùy thuộc vào ion được đo. Các giải pháp ISA được thêm vào theo cùng một tỷ lệ với mẫu và tiêu chuẩn. Ví dụ: dung dịch TISAB II hoặc TISAB III được sử dụng để đo florua, điều chỉnh cường độ ion, giá trị pH và các ion cản trở phức tạp.

Không có giới hạn nào được chỉ định cho độ lệch trong phép đo ISE.
Trong phép đo pH, giá trị bù lý tưởng cho các điện cực pH là 0 mV ở pH 7 vì không có sự khác biệt về nồng độ H ⁺ bên trong và bên ngoài màng thủy tinh ở pH 7. Điều này đạt được là do dung dịch bên trong (không phải chất điện phân tham chiếu, nhưng dung dịch bên trong màng thủy tinh) là dung dịch đệm pH 7. Số đọc của ISE là 0 mV nếu nồng độ của ion quan tâm bên trong và bên ngoài màng bằng nhau. Thông thường, chúng tôi không biết thành phần của dung dịch bên trong, nghĩa là không dành cho các điện cực perfectION™. Do đó, nồng độ dẫn đến số đọc 0 mV là không xác định và do đó không phải là giá trị bù ở bất kỳ nồng độ ion đã cho nào. Đối với cùng một loại ISE, độ lệch phải luôn giống nhau. Nhưng nếu giá trị này là -300 mV hoặc +650 mV thì không liên quan. Kết quả là, giới hạn offset không hữu ích.

Khi sử dụng cảm biến nửa tế bào, các yêu cầu là:

1. ISE nửa tế bào
2. Chất điện phân cho tế bào DX
3. điện cực tham chiếu
4. Điện phân hoặc điện cực tham chiếu
5. giải pháp ISA
6. máy khuấy
7. Đầu dò nhiệt độ

Khi sử dụng điện cực kết hợp (PerfectION™), các yêu cầu là:

1. điện cực kết hợp
2. nạp dung dịch
3. giải pháp ISA
4. máy khuấy
5. Đầu dò nhiệt độ