القطب الكهربي الانتقائي للأيونات

ISE هي تقنية تحليل قياس الجهد توفر طريقة سريعة وبسيطة لقياس نشاط الأيونات. يجب إذابة الأيون في الماء. تم وضع عدد كبير من التطبيقات لإتقان تحديد تركيز الأيونات في العديد من العينات. تنشأ العينات من مجموعة متنوعة من المصادر ، مثل الطعام والشراب والمياه والبيئة والطب والأدوية والمواد الكيميائية.

تأتي الأقطاب الكهربائية الانتقائية للأيونات إما كأقطاب مجمعة أو نصف خلايا. في الأول ، يتم الجمع بين أقطاب القياس والإلكترودات المرجعية في مستشعر واحد. تتألف نصف الخلية من عنصر انتقائي للأيونات فقط. يجب إضافة قطب مرجعي مناسب لتحقيق نظام استشعار كامل.

عنصر الاستشعار في ISE هو الغشاء الانتقائي للأيونات ، والذي ينتج إمكانات مختلفة بتركيزات أيونية مختلفة. ومن ثم ، فإن فرق الجهد بين القطب الانتقائي للأيونات والقطب المرجعي يختلف وفقًا لذلك ويتم قياسه باستخدام مقياس أيون. يتناسب فرق الجهد هذا مع نشاط الأيونات المختارة في المحلول. يتم تعديل نشاط أيون من خلال تركيزه والقوة الأيونية لمحلول العينة. في الممارسة اليومية ، بدلاً من النشاط ، يتم تقييم تركيز الأيونات. وحدات التركيز المعتادة هي مول / لتر ، مجم / لتر ، أو جزء في المليون.

من الناحية الفنية ، نوصي بشدة باستخدام أقطاب ISE للمعايير والعينات في المحاليل المائية فقط.

يمكن للقياس المباشر في المذيبات (مثل الإيثانول أو الميثانول) تغيير الخصائص الرئيسية للأقطاب الكهربائية ، مثل الحساسية والانتقائية ووقت الاستجابة والعمر. هناك العديد من الأعمال البحثية التي نفذت الدراسة السلوكية لأقطاب ISE في مجموعة متنوعة من المذيبات العضوية ومخاليطها مع الماء وأبلغت عن انخفاض في المنحدر والأداء العام للقطب. علميًا ، المذيبات غير المائية لها تأثير على الأنشطة الأيونية ، وبالتالي فإن تغيير النسبة المئوية للحجم بواسطة المذيبات العضوية بالماء يمكن أن يغير جهود القطب. قد يتسبب التغيير في المذيب في حدوث تغييرات في الخصائص الديناميكية الحرارية والحركية للأيونات الموجودة. أيضًا ، قد تكون قابلية ذوبان غشاء ISE ، واستقرار المعادن الأخرى ، وامتصاص أيونات معينة و / أو أيونات معدنية على الغشاء ، وأي تفاعل سطحي غير محدد يعتمد بشدة على المذيب ، وبالتالي يتطلب تطوير طريقة مناسبة وفقًا للعينة .

هناك طرق بديلة لقياس مثل هذه العينات بواسطة ISE. على سبيل المثال ، في حالة الفلوريد غير العضوي في المذيبات غير المائية ، يمكن قياسه باستخدام قطب فلوريد بعد استخلاص الفلورايد في المحاليل المائية أو بعد الانتشار أو الامتزاز أو الرماد (أيهما ينطبق).

تحتوي جميع أدلة المستخدم على المعلومات الضرورية حول التخزين على المدى القصير والطويل للمستشعر. بشكل عام ، يجب تخزين الأقطاب الكهربائية الانتقائية للأيونات جافة للتخزين طويل الأجل.

تُقاس إمكانات المستشعر بتركيزات مختلفة من الأيون محل الاهتمام. يرسم المرء منحنى إشارات mV هذه مقابل التركيز (اللوغاريتمي). عادةً ما يكون على شكل حرف S: مسطح نسبيًا عند تركيزات عالية جدًا ومنخفضة جدًا ، ويكون خطيًا تقريبًا بينهما. يتم تحديد حدود الكشف المحددة من خلال النطاق الذي يكون فيه السلوك أكثر أو أقل خطيًا. لجعل ISE قابلة للاستخدام في نطاق مختلف ، يجب على المرء تغيير سطح الغشاء (أكبر للتركيزات المنخفضة) أو استخدام مادة انتقائية للأيونات مختلفة في الغشاء.

القطب الانتقائي للصوديوم هو قطب زجاجي مشابه جدًا لقطب الأس الهيدروجيني. تُظهر أقطاب زجاج الأس الهيدروجيني خطأ قلويًا ضئيلًا ، ويؤدي تضخيم "الخطأ القلوي" إلى أقطاب انتقائية للصوديوم ، والتي تستجيب فقط للتغيرات في تركيز أيون الصوديوم عند قيم الأس الهيدروجيني أعلى من 7. لذلك ، فإن عمر ISE للصوديوم يشبه قطب الأس الهيدروجيني العمر (من 1 إلى 3 سنوات) ويتأثر بعدة عوامل (على سبيل المثال ، درجات الحرارة المرتفعة ، قيم الأس الهيدروجيني القصوى ، إلخ).

الجزء الأكثر صلة بالقطب الكهربي الانتقائي للأيونات هو الغشاء الانتقائي للأيونات. يعتمد تكوين الغشاء على أيون التحليل. للاستخدام الروتيني ، هناك ثلاثة أنواع مختلفة من الأغشية.

• الغشاء البلوري (غشاء الحالة الصلبة)
  يتم قياس فرق الجهد عبر غشاء صلب أحادي أو متعدد البلورات. على سبيل المثال ، يتم استخدام غشاء فلوريد اللانثانم أحادي البلورية LaF ₃ لفلوريد ISE. الأغشية البلورية قوية وتوفر عمرًا طويلاً.

• غشاء بوليمر (غشاء سائل)
  يتم تضمين المركب الانتقائي (حامل الأيون) في غشاء بوليمر ، عادة ما يكون PVC. في البداية ، تم استخدام مبادلات أيونات سائلة. في وقت لاحق ، تم العثور على مركبات عضوية أخرى أكثر ملاءمة ، على سبيل المثال ، المضادات الحيوية أو إيثرات التاج. تعمل المكونات الأخرى ، مثل الملدنات ، على تحسين أداء ISE. أغشية البوليمر حساسة. ومن ثم ، تجنب التشوهات الميكانيكية. كما أنها حساسة للمذيبات العضوية بسبب تورم الغشاء وشطف المكونات.

• غشاء زجاجي
  أكثر غشاء ISE شيوعًا هو قطب الأس الهيدروجيني الذي يقيس أيونات H ⁺ . مثال آخر هو ISE الصوديوم من METTLER TOLEDO بزجاج غشاء حساس لـ Na ⁺ . الميزة الرئيسية لأقطاب الغشاء الزجاجي هي مقاومتها الكيميائية.

يوفر حل ISA (تعديل القوة الأيونية) قوة أيونية خلفية عالية وثابتة. يتم اختيار حل ISA المعني اعتمادًا على الأيونات المقاسة. تتم إضافة حلول ISA بنفس النسبة إلى العينة والمعايير. على سبيل المثال ، تُستخدم حلول TISAB II أو TISAB III لقياسات الفلوريد ، وضبط القوة الأيونية ، وقيمة الأس الهيدروجيني ، والأيونات المعقدة المتداخلة.

لا يوجد حد محدد للإزاحة في قياس ISE.
في قياس الأس الهيدروجيني ، قيمة الإزاحة المثالية لأقطاب الأس الهيدروجيني هي 0 مللي فولت عند الرقم الهيدروجيني 7 لأنه لا يوجد فرق في تركيز H ⁺ داخل وخارج الغشاء الزجاجي عند الرقم الهيدروجيني 7. يتحقق ذلك لأن المحلول الداخلي (وليس الإلكتروليت المرجعي ، لكن المحلول داخل الغشاء الزجاجي) في محلول عازل pH 7. قراءة ISE هي 0 mV إذا كان تركيز أيون الاهتمام متساويًا داخل وخارج الغشاء. في كثير من الأحيان ، لا نعرف تركيبة المحلول الداخلي ، أي ليس من أجل إلكترودات perfectION ™. لذلك ، فإن التركيز الناتج عن قراءة 0 مللي فولت غير معروف وبالتالي ليست قيمة الإزاحة في أي تركيز أيون معين. بالنسبة لنفس النوع من ISE ، يجب أن تكون الإزاحة متماثلة تقريبًا. ولكن إذا كانت هذه القيمة -300 mV أو +650 mV غير ذات صلة. نتيجة لذلك ، لا يعد حد الإزاحة مفيدًا.

أثناء استخدام مستشعر نصف خلية ، المتطلبات هي:

1. نصف خلية ISE
2. المنحل بالكهرباء لخلية DX
3. القطب المرجع
4. المنحل بالكهرباء أو القطب المرجعي
5. حل ISA
6. التحريك
7. مسبار درجة الحرارة

أثناء استخدام قطب كهربائي مدمج (PerfectION ™) ، فإن المتطلبات هي:

1. قطب كهربائي مدمج
2. حل إعادة التعبئة
3. حل ISA
4. التحريك
5. مسبار درجة الحرارة