離子選擇電極測量 - 在線 ISE 分析

在線離子選擇電極分析

有多種分析測量技術可用于確定未知樣品中物質的濃度,，例如光度測定法,、滴定法或質譜法,。使用離子敏感電極 (ISE) 的一個優(yōu)點是可以使用經濟實惠的替代方法獲取數據,，而其他方法可能成本高昂,。

ISE 是一種電化學傳感器,，可直接用于 mg/L 范圍,。WTW 在 ISE 測量方面的進步表明,，該原理也適用于連續(xù)在線操作,。

ISE 分析是一種電位測定程序。這意味著所需信號以電位的形式出現(xiàn),，更準確地說是電位差或 mV 電壓,。

離子敏感測量系統(tǒng)基本上由對特殊離子類型發(fā)生反應的 ISE 和共同浸入待測樣品的參比電極組成（見下圖）。

帶有 ISE（離子敏感電極）、 Ref（參比電極）和電壓表的離子敏感測量系統(tǒng)的示意結構,。

這種組合稱為測量鏈,。這種類型的儀器必須具有高電阻才能滿足電位測量的條件。只有這樣,，測量電流才足夠低,，不會發(fā)生值變化極化，電極也不會損壞,。出于這些原因,，電極連接必須保持干燥。水分會導致不必要的并聯(lián)連接和干擾,。

能斯特方程

離子敏感電極提供的電化學電位受待測離子類型濃度的影響,。而參比電極旨在建立不依賴于待測樣品成分的電化學電位。這些電位的差值,，即儀表顯示的電壓,，可以用能斯特方程來描述：

U 0離子是測量系統(tǒng)給出的固定值。斜率 S 定義濃度變化時測量信號增加或減少的程度,。其理論值稱為能斯特斜率,，對于單電荷離子（如銨或硝酸根）在 25°C 時為 59.16 mV。算術符號取決于測量離子的電荷,，正電荷陽離子（例如 K+）為正號，陰離子（例如 Cl-）為負號,。

活性a是考慮了樣品中其他離子的影響的離子類型的活性濃度,，因此描述了基質效應的很大一部分。適當的校準和測量程序使得在實踐中可以使用 Nernst 方程的改編形式

其中β為質量濃度,，例如mg/L,。

例如，圖 2 顯示了該函數的圖形,。請注意,，濃度值按對數縮放。測量的電壓大多在 -500 mV 至 +500 mV 范圍內,。

陰離子和陽離子的理論校準線（根據能斯特方程）

ISE 電極 - 結構和功能

ISE 有一個內置膜的軸（見下圖）,。膜是基本傳感裝置，可確保對特定離子類型的靈敏度,。根據能斯特方程,，離子比電位在膜表面形成。

離子敏感電極的結構（左圖,，右圖樣品模型）

膜的種類很多,，其中最重要的有玻璃膜、固體膜,、合成材料膜,。

玻璃膜

常用的離子選擇膜是玻璃膜,，主要用于 pH 測量。pH 靈敏度是由于玻璃中有一層薄的膨脹層,，離子可以通過該層擴散進出,。其他離子，例如 Na+,，也可以通過相應的玻璃類型和特殊程序進行測定,。

實體膜

由難溶鹽（例如氟化鑭、氯化銀或硫化銀）制成的膜也可用于檢測氟化物,、氯化物,、硫化物或銀等。

合成材料膜

某些合成材料能夠吸收對離子敏感的物質,。因此,，在添加所謂的離子載體后，含有增塑劑的 PVC 適用于測量各種離子,。

與理論圖形相反,，實際中的曲線通常如下圖所示。

硝酸鹽離子選擇電極的實際特性曲線（實線）和純理論能斯特函數（虛線）

該實際特性曲線與 1 mg/L 硝酸鹽-N 以下濃度范圍內的直線函數不同,。此時,，電極對所需測量參數的反應不太強烈。

在 WTW 測量系統(tǒng)中,，會自動考慮這種影響,。如果濃度更低，則值會非常低,，ISE 不再對測量離子的變化做出反應,。該值稱為檢測限，對于各個電極類型而言是不同的,。它還取決于是否存在其他干擾離子,。

對于污水處理廠所需的任務，銨和硝酸鹽參數電極很有用,。此外,，鉀和氯化物電極可用于補償目的。因此可以擴展前兩個參數的應用范圍,。