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離子選擇性電極及其在化工分析領(lǐng)域中的應(yīng)用
廣東省南方高級(jí)技工學(xué)校 溫俊新 2016/4/11 18:47:24
摘要：離子選擇性電極是采用電位法測(cè)量溶液中某種離子的活躍程度。離子選擇性電極就總體而言是一種膜電極，膜電極擁有一層敏感膜，但他們的種類卻不盡相同，離子濃度的測(cè)量主要利用了膜電位原理，該過程遵循能斯特公式。
關(guān)鍵詞：離子；選擇性電極；化工分析
近年來，膜材料研制工作的進(jìn)展較為迅速，不同類型敏感膜也都相繼問世，并且廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及環(huán)境等各大領(lǐng)域之中。
一、離子選擇性電極的主要原理以及測(cè)定技術(shù)
離子選擇性電極所具備的選擇性主要是依據(jù)特質(zhì)的薄膜對(duì)于某種離子有選擇性的進(jìn)行代換。例如晶體薄膜，在晶相中電流傳到作用主要是因?yàn)殡娽樔毕�，流�?dòng)空穴離子可以轉(zhuǎn)移到另外的空穴中，空穴的形狀、大小、以及電荷分布僅僅只適應(yīng)流動(dòng)特殊離子，如此便直接排除了其它離子所顯示出來的選擇性。目前，對(duì)于一些薄膜材料電流傳導(dǎo)的機(jī)理尚不明確，針對(duì)膜電極電位理論也未能給出統(tǒng)一的看法，現(xiàn)階段對(duì)于膜電極電位理論有兩種較為系統(tǒng)的見解，一種是膜電位是因?yàn)殡x子代換改變了兩相的電荷分布而引起的；另一種是膜電位主要是由擴(kuò)散過程所引起。當(dāng)離子選擇性電極與一個(gè)固定參比電極構(gòu)成一種測(cè)量電極時(shí)，測(cè)量點(diǎn)至的待測(cè)溶液以及電位中的離子活度關(guān)系符合NERNST方程。
該方程式中：E代表所測(cè)得到的電動(dòng)勢(shì)，E。表示標(biāo)準(zhǔn)殿試，R代表氣體常數(shù)，T為待測(cè)絕對(duì)溫度，是被測(cè)離子電荷數(shù)，F(xiàn)是法拉第常數(shù)，ai是離子的活躍程度。
二、離子選擇性電極的特點(diǎn)
離子選擇性適應(yīng)范圍廣、響應(yīng)快、廉價(jià)、易于攜帶以及能夠與其它儀器連用等特點(diǎn)。適應(yīng)范圍較廣：從理論而言，能夠制取出各個(gè)離子選擇性電極，目前科研人員正努力攻克離子多樣化選擇性這一難題，并且致力于一些特殊效應(yīng)的電極設(shè)備；電極響應(yīng)迅速：離子選擇性電極響應(yīng)迅速，手續(xù)較為簡(jiǎn)便，未破壞原有溶液條件，不用進(jìn)行分離操作；價(jià)格偏移方便攜帶：離子選擇性電極形狀較多，有一些可以制作成針尖大小，所以，離子選擇性電極不但是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)工具，也是自動(dòng)控制以及連續(xù)測(cè)試元件，廣泛應(yīng)用于環(huán)境連續(xù)檢測(cè)、生產(chǎn)控制檢測(cè)以及醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的直接檢測(cè)等；可以與其它儀器混用在一起：離子選擇性電極設(shè)備簡(jiǎn)單，常與其它設(shè)備聯(lián)合運(yùn)用，廣泛應(yīng)用于各個(gè)檢測(cè)的領(lǐng)域之中，正因?yàn)殡x子選擇性具備這些特點(diǎn)，才使得資歷選擇性電極從誕生以來，就受到了各大領(lǐng)域的青睞，而且有著極為廣闊的應(yīng)用前景。
三、離子選擇性電極的分類
離子選擇性電極屬于電化學(xué)傳感器，其中最主要的部分便是敏感膜。敏感膜是一種能夠分離電解質(zhì)溶液的連接層，決定著電極的選擇性，離子選擇性電極的分類形式主要是按照敏感膜與試液接觸的方式來分的。敏感膜若直接與試液接觸，則是原電極；敏感膜通過某一種介質(zhì)與試液相接處，則為敏感化離子選擇性電極。離子選擇性電極類型有玻璃電極、難溶鹽固體膜電極、液膜電極、氣敏電極、以及酶電極等。玻璃電極是在分析領(lǐng)域中最初使用的離子選擇性電極，利用一價(jià)陽(yáng)離子選擇性電極；難熔鹽固體膜電極的敏感膜主要含有電活性難溶無(wú)機(jī)鹽，主要是運(yùn)用陰離子選擇性電極；液膜電極主要是利用液體膜替代了固體膜，大多數(shù)運(yùn)用與測(cè)定溶液中等價(jià)陽(yáng)離子以及等價(jià)陰離子；氣敏電極縮所檢測(cè)的是氣體，采用界面化學(xué)反應(yīng)中敏化電極，體系是以透過氣體隔膜和外部溶液隔離開的，使得試液中測(cè)量氣體需要通過薄膜方才能夠進(jìn)入電解質(zhì)溶液中測(cè)量，又稱為隔膜電極，應(yīng)用測(cè)定化學(xué)反應(yīng)所釋放的一些氣體。酶電極又稱之為酶底物電極，具有極高的選擇性，尤其是固化酶這一新技術(shù)的發(fā)展，使其具有更快的反應(yīng)速度、更加穩(wěn)定的性能，由此被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域。酶電極制作起來較為簡(jiǎn)便，選擇性較強(qiáng)，適應(yīng)范圍較廣，所以酶電極在最新研究出來的離子選擇性電極中所占有的比例越來越大，不但能夠檢測(cè)無(wú)機(jī)物，而且也能夠檢測(cè)有機(jī)物，應(yīng)用前景極為廣泛。制作酶電極較為簡(jiǎn)便，首先應(yīng)該按照相關(guān)的實(shí)驗(yàn)要求選取若干個(gè)酶，然后對(duì)酶進(jìn)行固定化操作，采用包埋法，將載體聚丙烯酰胺和酶混合之后，然后將之抱在離子選擇性電極中感應(yīng)部位，能夠形成一種酶凝膠電極，這種電極的結(jié)構(gòu)主要有兩種，一種為透析酶膜電極，在電極外表報(bào)上議程孔徑尼龍網(wǎng)，將固化酶均勻攤鋪在尼龍網(wǎng)上面；另一種則是敏酶電極，敏酶和響應(yīng)電極間的差別需要沒反應(yīng)過程，最后相應(yīng)離子選擇性電極。
四、離子選擇性電極在化工分析領(lǐng)域的應(yīng)用
電位滴定法和直接電位法是離子選擇性電極檢測(cè)常用的兩種方法。直接電位法是對(duì)直接測(cè)量樣試液中電極電位依照曲線校正計(jì)算出離子濃度，電位滴定法根據(jù)離子選擇性對(duì)電極進(jìn)行滴定。玻璃電極是食品加工廠中使用最普遍的一種離子選擇性電力，主要是用來分析水質(zhì)以及其它溶液中的PH值，將其作為依據(jù)來測(cè)定酸度和氨基酸態(tài)氨等。
1、陽(yáng)離子分析
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