一.簡介:
1) 離子選擇性電極(又稱膜電極ISE,ion selective electrode),具有敏感膜并能產生膜電位的電極(基于離子交換或擴散的電極)。
2) 分類:根據膜性質的不同,有非晶體膜電極、晶體膜電極、敏化電極等。
3) 構造:主要由離子選擇性膜、內參比電極(通常為Ag/AgCl電極)、內參比溶液組成(由氯化物及相應離子的強電解質溶液組成)。
4) 原理:是通過某些離子在膜兩側的擴散、遷移和離子交換等作用,選擇性地對某個離子產生膜電勢、而膜電勢與該離子活度的關系符合Nernst方程。
E0---電極的標準電壓;
R---氣體常數(8.31439焦耳/摩爾和℃);
T---開氏溫度(例:20℃相當于(273.15+20)293.15開爾文);
F----法拉弟常數(96485.3383±0.0083C/mol);
N---被測離子的化合價(銀=1,氫=1);
ln(αMe)---離子活度αMe的對數;
公式推導:
ΔE=lgαMe 即電位與離子活度的對數成線性關系。
二.離子電極的分類和常見離子電極
1) 根據電極外殼材質分為:塑料外殼和玻璃外殼、其中塑料外殼不可添加電解液
2) 根據電極結構分類:復合電極和非復合電極、一般在線應用上多采用非復合電極形式,即測量電極與參比電極分離式。
3) 根據膜性質不同:有非晶體膜電極、晶體膜電極、敏化電極等
4) 根據電纜連接線分類:有一體式電極和分體式電極。其中分體式電極多用于在線安裝,常用VP接頭,電纜線根據要求定制。
常見離子選擇性電極目錄和行業應用:
農業 | 硝酸根電極、鈣離子電極、鈉離子電極、鉀離子電極、溴離子電極、氯離子電極、銨離子電極、氟離子電極、硫氰酸根電極 |
植物組織 | 硝酸根電極、氯離子電極、氟離子電極、碘離子電極、氰離子電極、鈣離子電極、硫離子電極、鉀離子電極、硫氰酸根電極 |
肥料 | 氨氣敏電極、硝酸根電極、鉀離子電極、氟離子電極 |
水產業 | 氨氣敏電極、鈣離子電極、亞硝酸根電極、銨離子電極 |
生物醫藥研究 | 鈣離子電極、二氧化碳電極、氨氣敏電極、銨離子電極、硫氰酸根電極 |
教育 | 各類 |
食品加工 | 氯離子電極、硝酸根電極、鈉離子電極、碘離子電極、亞硝酸根電極 |
牛奶和奶制品 | 氯離子電極、鈣離子電極、氟離子電極、碘離子電極、亞硝酸根電極 |
軟飲料 | 氯離子電極、氟離子電極、二氧化碳電極、殘余氯氣電極 |
酒精 | 鉀離子電極、鈉離子電極、二氧化碳電極、氟離子電極、溴離子電極、鈣離子電極、殘余氯氣電極、硫氰酸根電極 |
蔬菜 | 硝酸根電極、氯離子電極 |
地質與礦業 | 氟離子電極、鈣離子電極、氰離子電極、氟硼酸根電極、硝酸根電極 |
冶金和金屬電鍍 | 氟離子電極、銅離子電極、氰離子電極、氟硼酸根電極、硝酸根電極、銨離子電極、硫氰酸根電極 |
電鍍槽 | 氯離子電極、殘余氯氣電極、氨氣敏電極、銨離子電極、硫氰酸根電極 |
紙漿和紙 | 鈉離子電極、氟離子電極、鈣離子電極、硫酸根電極 |
石油提煉 | 氨氣敏電極、氯離子電極、硫氰酸根電極 |
制藥 | 氟離子電極、蛋白質溶液中氨氣敏電極、銨離子電極、硫氰酸根電極 |
污水處理 | 硝酸根電極、氨氣敏電極、殘余氯氣電極、亞硝酸根電極、硫氰酸根電極 |
蒸汽及發電 | 氯離子電極、鈉離子電極、殘余氯氣電極、氟硼酸根電極 |
飲用水 | 總殘余氯氣電極、硝酸根電極、鈣離子電極、氯離子電極、氟離子電極 |
自然水 | 溴離子電極、鈣離子電極、氯離子電極、氟離子電極、硝酸根電極、鉀離子電極、銀離子電極、鈉離子電極、銅離子電極、亞硝酸根電極、銨離子電極 |
海水 | 鈉離子電極、氯離子電極、氟離子電極、硝酸根電極、氨氣敏電極、亞硝酸根電極、銨離子電極 |
水產養殖 | 亞硝酸根電極、銨離子電極 |
1) 實驗前準備:器材準備(離子計或PH計、離子電極、燒瓶、容量瓶移液器等)、溶液準備(標準溶液、去離子水、電極填充液、離子強度調節劑)。
2) 電極準備:將電極填充液通過加液孔加入,原則上不高于加液孔。然后待電極活化30min。
3) 校準:配置0.1、1、10、100、1000ppm標準溶液,選用相近的兩種以上標液進行校正。原則:從低濃度依次進行。
4) 測量:將電極浸入待測溶液中、穩定后讀值。如測量有一定誤差、需綜合考慮影響因素,加以處理。
5) 壽命:與待測樣品的性質以及使用有關。經驗值1年。
四.影響因素
1) pH值:即不同離子在溶液中的存在形式受到pH值影響。所以在測量時,需要保持溶液在一定的pH值范圍以內。
2) 雜質:待測液中存在對測量離子有干擾的其他離子。需要選用相應化學試劑做隱蔽劑,排除干擾。
3) 溫度:不同溫度下,各種離子的存在形式有一定變化,從而影響含量的變化。
五.維護保養
1) 電極清洗:用純水對電極表面沖洗或浸泡、若未清洗干凈、需考慮待測液的性質,選擇相應試劑、但沖洗或浸泡時間不宜過長、用其他試劑后,應立即用純水洗凈。
2) 電極拋光:對于是金屬膜的電極、可用電極自帶的打磨紙進行拋光、至電極有金屬色為止。若效果不佳、可選用麂皮涂抹少量牙膏打磨電極金屬表面,有時會有奇效。
3) 更換膜頭:對于氣敏電極多用于軟性材質做敏化膜、如發現有影響測量問題,可更換膜頭,重新添加電解液。一般電極均自帶三個左右。
4) 電極填充液:一般三個月左右,更換一次。配方電極說明書中有相應描述。
5) 電極活化:選用與電極填充液相同的溶液對電極進行浸泡、一般2小時以上。
六.電極保存
1) 短期不用時,浸泡于與電極填充液相同的溶液中;
2) 長期不用時,因傾倒出電極填充液,并清洗干凈。保持干燥。用時,再添加活化。