一.简介:
1) 离子选择性电极(又称膜电极ISE,ion selective electrode),具有敏感膜并能产生膜电位的电极(基于离子交换或扩散的电极)。
2) 分类:根据膜性质的不同,有非晶体膜电极、晶体膜电极、敏化电极等。
3) 构造:主要由离子选择性膜、内参比电极(通常为Ag/AgCl电极)、内参比溶液组成(由氯化物及相应离子的强电解质溶液组成)。
4) 原理:是通过某些离子在膜两侧的扩散、迁移和离子交换等作用,选择性地对某个离子产生膜电势、而膜电势与该离子活度的关系符合Nernst方程。
E0---电极的标准电压;
R---气体常数(8.31439焦耳/摩尔和℃);
T---开氏温度(例:20℃相当于(273.15+20)293.15开尔文);
F----法拉弟常数(96485.3383±0.0083C/mol);
N---被测离子的化合价(银=1,氢=1);
ln(αMe)---离子活度αMe的对数;
公式推导:
ΔE=lgαMe 即电位与离子活度的对数成线性关系。
二.离子电极的分类和常见离子电极
1) 根据电极外壳材质分为:塑料外壳和玻璃外壳、其中塑料外壳不可添加电解液
2) 根据电极结构分类:复合电极和非复合电极、一般在线应用上多采用非复合电极形式,即测量电极与参比电极分离式。
3) 根据膜性质不同:有非晶体膜电极、晶体膜电极、敏化电极等
4) 根据电缆连接线分类:有一体式电极和分体式电极。其中分体式电极多用于在线安装,常用VP接头,电缆线根据要求定制。
常见离子选择性电极目录和行业应用:
农业 | 硝酸根电极、钙离子电极、钠离子电极、钾离子电极、溴离子电极、氯离子电极、铵离子电极、氟离子电极、硫氰酸根电极 |
植物组织 | 硝酸根电极、氯离子电极、氟离子电极、碘离子电极、氰离子电极、钙离子电极、硫离子电极、钾离子电极、硫氰酸根电极 |
肥料 | 氨气敏电极、硝酸根电极、钾离子电极、氟离子电极 |
水产业 | 氨气敏电极、钙离子电极、亚硝酸根电极、铵离子电极 |
生物医药研究 | 钙离子电极、二氧化碳电极、氨气敏电极、铵离子电极、硫氰酸根电极 |
教育 | 各类 |
食品加工 | 氯离子电极、硝酸根电极、钠离子电极、碘离子电极、亚硝酸根电极 |
牛奶和奶制品 | 氯离子电极、钙离子电极、氟离子电极、碘离子电极、亚硝酸根电极 |
软饮料 | 氯离子电极、氟离子电极、二氧化碳电极、残余氯气电极 |
酒精 | 钾离子电极、钠离子电极、二氧化碳电极、氟离子电极、溴离子电极、钙离子电极、残余氯气电极、硫氰酸根电极 |
蔬菜 | 硝酸根电极、氯离子电极 |
地质与矿业 | 氟离子电极、钙离子电极、氰离子电极、氟硼酸根电极、硝酸根电极 |
冶金和金属电镀 | 氟离子电极、铜离子电极、氰离子电极、氟硼酸根电极、硝酸根电极、铵离子电极、硫氰酸根电极 |
电镀槽 | 氯离子电极、残余氯气电极、氨气敏电极、铵离子电极、硫氰酸根电极 |
纸浆和纸 | 钠离子电极、氟离子电极、钙离子电极、硫酸根电极 |
石油提炼 | 氨气敏电极、氯离子电极、硫氰酸根电极 |
制药 | 氟离子电极、蛋白质溶液中氨气敏电极、铵离子电极、硫氰酸根电极 |
污水处理 | 硝酸根电极、氨气敏电极、残余氯气电极、亚硝酸根电极、硫氰酸根电极 |
蒸汽及发电 | 氯离子电极、钠离子电极、残余氯气电极、氟硼酸根电极 |
饮用水 | 总残余氯气电极、硝酸根电极、钙离子电极、氯离子电极、氟离子电极 |
自然水 | 溴离子电极、钙离子电极、氯离子电极、氟离子电极、硝酸根电极、钾离子电极、银离子电极、钠离子电极、铜离子电极、亚硝酸根电极、铵离子电极 |
海水 | 钠离子电极、氯离子电极、氟离子电极、硝酸根电极、氨气敏电极、亚硝酸根电极、铵离子电极 |
水产养殖 | 亚硝酸根电极、铵离子电极 |
1) 实验前准备:器材准备(离子计或PH计、离子电极、烧瓶、容量瓶移液器等)、溶液准备(标准溶液、去离子水、电极填充液、离子强度调节剂)。
2) 电极准备:将电极填充液通过加液孔加入,原则上不高于加液孔。然后待电极活化30min。
3) 校准:配置0.1、1、10、100、1000ppm标准溶液,选用相近的两种以上标液进行校正。原则:从低浓度依次进行。
4) 测量:将电极浸入待测溶液中、稳定后读值。如测量有一定误差、需综合考虑影响因素,加以处理。
5) 寿命:与待测样品的性质以及使用有关。经验值1年。
四.影响因素
1) pH值:即不同离子在溶液中的存在形式受到pH值影响。所以在测量时,需要保持溶液在一定的pH值范围以内。
2) 杂质:待测液中存在对测量离子有干扰的其他离子。需要选用相应化学试剂做隐蔽剂,排除干扰。
3) 温度:不同温度下,各种离子的存在形式有一定变化,从而影响含量的变化。
五.维护保养
1) 电极清洗:用纯水对电极表面冲洗或浸泡、若未清洗干净、需考虑待测液的性质,选择相应试剂、但冲洗或浸泡时间不宜过长、用其他试剂后,应立即用纯水洗净。
2) 电极抛光:对于是金属膜的电极、可用电极自带的打磨纸进行抛光、至电极有金属色为止。若效果不佳、可选用麂皮涂抹少量牙膏打磨电极金属表面,有时会有奇效。
3) 更换膜头:对于气敏电极多用于软性材质做敏化膜、如发现有影响测量问题,可更换膜头,重新添加电解液。一般电极均自带三个左右。
4) 电极填充液:一般三个月左右,更换一次。配方电极说明书中有相应描述。
5) 电极活化:选用与电极填充液相同的溶液对电极进行浸泡、一般2小时以上。
六.电极保存
1) 短期不用时,浸泡于与电极填充液相同的溶液中;
2) 长期不用时,因倾倒出电极填充液,并清洗干净。保持干燥。用时,再添加活化。