属于各种元素的离子的数量在一个示例显示一个特定的故事。在食品和饮料,某些限制各种离子建立保护健康和保证最小养分含量。土壤和环境水源,提高水平的特定重金属离子可以表明污染事件发生。
在多个生产过程使用的超纯水,任何离子超过一定极限的存在表明源水不适合使用或过滤系统需要维护。离子测量方法有很多,例如,离子色谱法(IC),电感耦合等离子体光学发射光谱法(ICP-OES)或原子吸收光谱(AAS)。
所有这些都是可行的,在实验室分析中广泛应用的方法。然而,初步的成本是相当高的。相比之下,离子测量采用离子选择性电极(ISE)是一个有前途的替代这些昂贵的方法。本文描述了面临的挑战可能是当使用标准添加或直接测量和如何解决他们鼓励信心分析师的分析。
介绍
在1889年,欧内斯特创造了能斯特方程,它鼓励的进化的可能性pH电位测量的传感器。大约70年,pH值确定是唯一分析这个方程的意义。1960年代初,发现氟化镧晶体的削减了为氟离子的选择性1 - 2。
因此,旁边的第一离子选择性电极pH电极构造。这之后,离子选择性电极被发现新的晶体慢慢培养,玻璃,气体渗透膜和高分子材料。亚博网站下载有些不同的是表1中引用。
表1。概述各种离子选择性电极和他们的能力3。
| 膜材料 |
离子 |
| 水晶 |
Ag)+、铜2 +、铅2 +、溴- - - - - -,Cl- - - - - -,CN- - - - - -F- - - - - -,我- - - - - -,年代2 - |
| 聚合物 |
Ca2 +K+,Na+,表面活性剂,不3- - - - - - |
| 玻璃 |
Na+H+ |
| 气体渗透膜 |
NH4+ |
完成测量,离子选择性电极有时可能是困难的,但在一些关键的问题时,感兴趣的特定离子很容易被分析。在本文的后续部分,通用小贴士电位离子测量提供,除了特定的基本的加法和直接测量。
一般的建议
离子测量很简单。制造商的指令必须是保证长期用户满意度和精度分析。随后点提供一些常见的问题和问题的大纲
因此,我们建议测量线性地区获得准确和可重复的结果。尽管如此,离子浓度测量非线性(扁平的)地区,直接测量是可行的,如果传感器校准在这个狭窄的范围。电极通常有10之间的测量范围61 mol / L。
测量范围可以扩展到8到10 mol / L8mol / L,这取决于使用的离子选择性电极。选择离子测量作为所选方法之前,分析师需要确保电极可以测量样品的浓度范围。
图1所示。这个例子解释了测量范围和线性范围是如何定义的。测量范围定义的两个点位于高、低浓度范围,没有潜在的变化是观察了。这意味着浓度太低,或者传感器饱和。线性范围被定义为信号的范围发展线性活动根据能斯特(浓度)的离子。图片来源:瑞士万通AG)
干扰离子
pH电极是第一个离子选择性电极。这个电极显示14年的一个极好的线性范围和H +是有选择性的。相反,大多数其他离子选择性电极,测量离子的选择性。有两种截然不同的类型的干扰离子:可逆与不可逆。不可逆转的干扰离子连接到膜材料和反应,或者他们生产设施和测量离子沉淀,所以没有额外的分析。
应避免不可逆的干扰离子的存在如果是对细胞膜活性;如果不是这样,伊势将被摧毁。可逆的干扰离子表现出交叉敏感,因为它们的大小可比测量离子和电子性质。这些也可以绑定到膜材料和为信号,给出错误的结果。作为离子测量交叉敏感普遍存在,能斯特方程扩展到所谓的Nikolsky方程:
U =0±((2.303×R×T) / (n×F))×(一个日志我+Σkij×一j纳米)
U:衡量潜在的伊势和参比电极之间的mV
U0:测量潜在伊势和参比电极之间c(离子)= 1 mol / L的mV
R:通用气体常数(R = 8.314 J /(摩尔∙K))
师:在开尔文温度
F:法拉第常数(96485 C /摩尔)
护士:电荷的离子
一个我:被测离子的活动
kij:选择性常数(离子测量/干扰离子)
一个j:干扰离子的活动
m:电子干扰离子的电荷
目前,这个方程是使用在大多数离子米直接测量。
调节电极的
离子选择性电极通常提供干燥、分离膜材料。激活测量膜,电极首先必须条件。调节保证平衡的测量离子膜保存,这样,一个精确的测量是可行的。提出了采用离子标准溶液的浓度c(离子)= 0.01 mol / L,空调解决方案。
因为一致的离子测量需要一个稳定的平衡测量离子的膜,伊势必须另外条件之间的测量。在这种情况下,空调的解决方案依赖于样本内的测量离子的浓度。额外的信息关于适当的调节方案位于制造商特定的离子选择性电极或应用程序的文档。
总离子强度调节
总离子强度调节是必要的,因为离子测量不依赖于测量离子浓度的解决方案,但在活动之后。这个参数与离子的浓度在不同pH值的解决方案,此外,影响某些分子的离解。
因此,作为一个绝对最小,一个常量离子背景必须维护,可以通过增加离子强度调节器(ISA)。测量离子,一个固定的pH值是必需的。在这个例子中,总离子强度调节缓冲(TISAB)工作。
ISA和TISAB解决方案通常是由相当大的盐浓度,这不会影响测量。建议特定的ISA和TISAB解决方案在线或位于手册提供离子选择性电极。
表2。ISA / TISAB解决方案的例子对不同离子测量和信息在哪里可以找到分析过程。
| 离子来衡量 |
ISA / TISAB 100毫升的解决方案 |
进一步的信息
关于程序 |
| 氟(F- - - - - -) |
0.45 g CDTA (Komplexon IV)悬浮在去离子水溶解和c(氢氧化钠)
= 10 mol / L
5.84克氯化钠
5.75毫升冰醋酸 |
瑞士万通应用公告082 |
| 钾(K+) |
0.584 - -5.844克氯化钠根据K+
浓度(c(氯化钠)= 0.1 1 mol / L) |
瑞士万通应用公告134 |
| 钠(Na+)(玻璃膜) |
12.11 g三(羟甲基)aminoethane
三(羟甲基)(c (aminoethane) = 1 mol / L)
7.50毫升三乙醇胺 |
瑞士万通应用公告083 |
| 钠(Na+)(聚合物膜) |
14.70 g CaCl2H·22O |
瑞士万通应用公告083 |
铵
(NH4+) |
40克氢氧化钠(c(氢氧化钠)= 10 mol / L) |
瑞士万通应用公告133 |
清洁的电极
每一个测量后,电极使用去离子水清洗完全。因为它们可能缩短寿命与晶体膜离子选择性电极和摧毁与聚合物膜离子选择性电极,不应使用有机溶剂清洗。当测量非常小的样本浓度,电极必须允许在去离子水或站10分钟ISA / TISAB在开始下一个测量。如果不是,离子绑定到电极膜材料的前测量可能扩散,因此伪造后续样品的信号,获得的结果。
去离子水应该交换每个测量之前,作为改善扩散会导致测量离子浓度,因此,去离子水的污染。
存储的电极
电极的存储需求依赖于时间的存储和电极(表3)。
表3。建议不同伊势的存储类型。
| 膜材料 |
存储周期短 |
长期存储 |
| 聚合物 |
干 |
干 |
| 聚合物, |
在c(离子)= 0.01 - -0.1 mol / L |
干,一些残留水分 |
| 水晶 |
在c(离子)= 0.1 mol / L |
干燥,保护帽 |
| 玻璃 |
在c(离子)= 0.1 mol / L |
在去离子水中 |
电极寿命
伊势的生命周期依赖于膜类型、样本矩阵,电极维护。满意的电极维护由频繁的清洁,适当的调节和存储,因为之前在这篇文章中解释道。此外,有必要交换经常参比电极的电解液。
如前所述,样本矩阵反应膜的离子选择电极。电极通常的手工细节应该避免的物质。例如,有机溶剂可能会破坏聚合物膜是,或醋酸会打扰领导伊势的水晶。
离子选择性电极的水晶膜,膜可以通过抛光经常充满活力。正确的抛光材料和技术通常可以位于伊势手册3。有良好的保养,没有持久的样本矩阵的影响,这些电极可以忍受无数年的在实验室使用。聚合物膜电极的寿命限制相比,那些水晶膜。
随着时间的推移,聚合物膜,造成的性能损失。这种类型的伊势通常有一个“最佳食用”日期,通过他们提供最佳性能。电极应该使用到这个日期,在这之后,瑞士万通能保证这样的性能进一步的六个月。通常,平均寿命为聚合物膜电极与典型的实验室使用约6个月。电极必须谨慎处理;膜用裸露的手指不能触碰,因为脂肪电影或存款的汗水从皮肤可能对电极的性能产生负面影响。
测量模式
电位离子测量可以在完成两种截然不同的方法:通过标准添加或直接测量。这两个测量原理优缺点,这是显示在表4为便于比较。意识到一个样本的属性和频率的分析,正确的分析方法可以适当选择。
标准之外
离子测量标准,样品是第一个用移液器吸取到一个烧杯,然后ISA / TISAB添加大量增加的标准也补充道。每一个加法后,潜在的记录。之后,未来的迭代计算离子浓度差和体积增量通过最小二乘的方法。两种标准添加是常见的。要么被插入到指定数量的标准样本,或设备本身自动增加相应数量的标准不同的潜力,直到之前定义,实现。第二种类型的标准建议(可能的差异定义),它提供了更可靠的结果。
表4。标准的加法和直接测量的优缺点。
| 标准之外 |
直接测量 |
| 优势 |
- 矩阵独立
- 没有必要的校准
- 只有一个标准是必要的
- 几乎没有用户交互的必要
- 每次测量电极测试
|
- 快速测量(参数决定快,平均大约60秒的测量时间)
- 再现性好,在低浓度范围
|
| 缺点 |
- 可怜的再现性在低浓度范围
- 确定时间延长(参数
- 确定测量时间的大约300秒内)
|
- 一系列的标准校准必须做好准备
- Matrix-dependent
- 改变电极的属性只是在校准
|
离子测量标准除了被选中当矩阵是未知的和可能包括干扰离子组成部分的测量信号。标准添加的总量应该10至90%的滴定管体积,和增加的数量应该至少四(图2)。再滴定管不能发生。额外的数量不应该超过25%的样本体积,否则稀释会改变结果。此外,不应当有标准溶液和样品溶液之间的温度差异。可能的不同也是一个重要的考虑。它旨在增加尽可能多的标准必须达到至少12 mV /之外的电压差。迭代的计算结果完成后由设备本身。
图2。的例子,一个典型的标准曲线。第一个测量点对应样品的测量潜在解决方案(包括辅助解决方案)。随后的测量分对应潜在每次添加后的标准来衡量。计算样品的初始浓度测量电位差的添加量的增加的依赖。样品的稀释,辅助解决方案被认为是在计算。图片来源:瑞士万通AG)
如果结果是无法复制的,必须检查以下几点:
- 计量单位紧吗?
- 每次添加标准是给多少钱?
- 增加之间的潜在的测量是否达到一个稳定的潜力?
- 解决了在添加标准吗?
- 油管有气泡吗?
- 收购了边坡在可接受的范围内?
直接测量
这种离子测量完成如果样本矩阵只包含少量的干扰物质,类似的样品。此外,样本,包括小浓度的离子通过直接测量更适合分析。这些示例创建问题度量标准的组成部分:曲线平缓,不能进行适当评估(非线性范围)。
确定离子的浓度在示例中,一个校准必须之前。校准标准浓度的选择应以这样一种方式,他们的预期的示例中的离子浓度。校准标准是由一个特定的测量离子浓度除了同样比例的去离子水后采用ISA / TISAB这个决定本身。
标准必须测量从最小到最大浓度减少的影响延续。分析进行移液标准到烧杯中,加入相应数量的ISA / TISAB和淹没在传感器。结果直接显示在选择浓度单位。考虑添加ISA /产生的稀释TISAB不容忽视。
结果应不可复制,可以检查以下几点:
- 相同比例的ISA / TISAB样本/标准+水申请标准和样品的测量?
- ISA / TISAB的数量等于为每个标准和测量解决方案吗?
- 校准的收购斜率可以接受吗?
- 被定义的标准以正确的/点菜了吗?
- 是电极测量之间适当的条件?
- 校准范围是否充分地覆盖样品浓度范围?
一般离子测量需要考虑的几点因素
- 是标准的新准备的吗?随着时间的推移一些标准可以改变他们的浓度。
- 电极的年龄是什么?聚合物电极在特定时代很快。瑞士万通建议最高保质期2年,依赖于电极的类型。
- 测量值漂移呢?1 mV /分钟的漂移应该应用最多。
- 传感器适当条件?如果没有,信号和相应的结果往往漂移。
- 电极可能被浸泡测试传感器用c(离子)= 1∙104mol / L和c(离子)= 1∙103mol / L。如果电压的差异与至少47.3 / z * mV (25°C)(能斯特斜率的80%),其中z *是电荷的离子,然后可以使用电极可以。
总结
电位离子测量通过标准添加或直接测量是一个伟大的选择在更昂贵的程序如AAS, ICP-OES,或IC。决心是可靠和快速当尊重存储方面,计划使用,测量范围。
引用和进一步阅读
- Oehme, f . Ionenselektive Elektroden,《音乐和Methoden der Direktpotentiometrie;阿尔弗雷德Huthig 1 - GmbH博士:海德堡,1986。
- Cammann, k和Galster h Das Arbeiten麻省理工学院ionenselektiven Elektroden——一张Einfuhrung毛皮Praktiker;斯普林格出版社:柏林,海德堡,纽约,1996年。
- 瑞士万通AG)。离子选择性电极(ISE),瑞士万通AG: Herisau,瑞士,2015。8.109.8042EN
这些信息已经采购,审核并改编自瑞士万通公司提供的材料。亚博网站下载
在这个来源的更多信息,请访问瑞士万通AG)。