離子選擇電極測量 - 在線 ISE 分析

更新時間：2025-03-20

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有多種分析測量技術可用于確定未知樣品中物質(zhì)的濃度，例如光度測定法、滴定法或質(zhì)譜法。使用離子敏感電極 (ISE) 的一個優(yōu)點是可以使用經(jīng)濟實惠的替代方法獲取數(shù)據(jù)，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。

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(zhì)效應的很大一部分。適當?shù)男屎蜏y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(zhì)量濃度，例如mg/L。

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

陰離子和陽離子的理論校準線（根據(jù)能斯特方程）

ISE 有一個內(nèi)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(jù)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。

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。

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。

某些合成材料能夠吸收對離子敏感的物質(zhì)。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(shù)（虛線）

該實際特性曲線與 1 mg/L 硝酸鹽-N 以下濃度范圍內(nèi)的直線函數(shù)不同。此時，電極對所需測量參數(shù)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(shù)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(shù)的應用范圍。