Ionenselektive Elektroden von ISE

Warum sollte ich spezifische Ionen messen wollen?

Ionenselektive Elektroden (ISEs) sind eine Klasse von Sensoren, die auf das Vorhandensein bestimmter Ionen, wie Natrium (Na+) oder Bromid (Br), reagieren. Sie werden in Verbindung mit einer Referenzelektrode verwendet und geben die Ionenkonzentration in mg/L an.

Die gängigsten ISEs messen Ammonium (NH4+), Nitrat (NO3-) oder Chlorid (Cl-). Ammonium und Nitrat sind wichtig, weil sie Indikatoren für stickstoffhaltige Nährstoffe sind. Sie werden häufig verwendet, um Verunreinigungen durch Kläranlagen oder landwirtschaftliche Aktivitäten zu erkennen. Chloridmessungen werden häufig als Indikator für die Verunreinigung durch Meerwasser oder andere Verunreinigungsquellen verwendet, die höhere Chloridwerte als in natürlichen Gewässern erwarten lassen. Es gibt etwa 30 weitere ISEs; einige funktionieren besser als andere.

Veränderungen in den langfristigen, spezifischen Ionen-Trends können darauf hindeuten, dass eine detailliertere chemische Untersuchung des Wassers und seiner Kontaminationsquellen erforderlich ist.

Wie werden spezifische Ionen gemessen?

Es gibt zwei Arten von ISEs. Die „Festkörper“-ISEs sind aus einem festen Materialblock aufgebaut. Ein Beispiel ist der Chlorid-Sensor, der kaum mehr als ein kleines Stück Silber ist. Unterschiedliche Chloridionenkonzentrationen erzeugen unterschiedliche Spannungspotentiale an der Oberfläche des Silbers, und diese Spannungen werden mit der gleichen Referenzelektrode wie bei einem pH-Sensor gemessen.

Die „Flüssigmembran“-ISEs bestehen aus einer dünnen Polymermembran, die einen Elektrolyten bedeckt, der einen Elektrodendraht enthält. Die Membran ist mit verschiedenen Materialien „dotiert“, die auf das Vorhandensein bestimmter Ionen reagieren, indem sie wiederum ein von der Konzentration des Ions abhängiges Spannungspotential erzeugen. Und wie bei den Festkörper-ISEs werden diese Spannungen mit der gleichen Referenzelektrode wie bei einem pH-Sensor gemessen.

Leider sind viele spezifische Ionensensoren nicht besonders spezifisch. Ammonium-ISEs werden zum Beispiel von Ionen ähnlicher Größe und Ladung (+1) gestört. Kalium ist in Süßwasser (in der Regel) ein unbedeutender Störfaktor, aber in Meerwasser verursachen Natriumionen oft eine falsche Anzeige von bis zu 12 mg/l-N Ammonium, selbst wenn kein Ammonium vorhanden ist.

Aus diesem Grund funktionieren Ammonium- und Nitrat-Sensoren nicht in Meerwasser.

Einige ionische Spezies werden durch den pH-Wert des Probenwassers beeinflusst. Ammonium zum Beispiel wandelt sich bei einem hohen pH-Wert in Ammoniakgas (NH3) um (der pKa-Wert für Ammoniumammoniak beträgt 9,3). Dieses Phänomen hat nichts mit dem Betrieb der ISE zu tun, aber durch die Messung von Ammonium mit einer ISE und die Messung des pH-Werts können Sie die Ammoniakkonzentration und das Gesamtammoniak (Ammonium plus Ammoniak) in Einheiten von mg/L-N (d.h. mg/l Stickstoff, ob in Form von Ammonium oder Ammoniak) berechnen. Dies ist praktisch, wenn Sie bei einem hohen pH-Wert arbeiten, bei dem wahrscheinlich sowohl Ammoniak- als auch Ammoniumspezies vorhanden sind.

ISEs sind einfach zu kalibrieren, es sei denn, Sie wollen es richtig machen. Dazu gehört eine Vier-Punkt-Kalibrierung für höhere Genauigkeit – zwei Konzentrationen bei zwei Temperaturen. Die meisten Menschen entscheiden sich stattdessen für eine Kalibrierung mit zwei Konzentrationen bei einer Temperatur, die der für die tatsächlichen Messungen erwarteten nahe kommt. Befolgen Sie die Anweisungen des Geräts. Kalibrierungsstandards sind für viele verschiedene Konzentrationen erhältlich.

Die meisten ISEs werden mit einer einfachen O-Ring-Dichtung in einen Empfänger geschraubt. Das macht es einfach, die Sensorspitzen zu wechseln, wenn ihre Lebensdauer erschöpft ist. Rev – 9.20 Bitte lesen Sie unten den Abschnitt „Der Unterschied zwischen Aktivität und Konzentration bei der Kalibrierung ionenselektiver Elektroden“, um zu verstehen, wie Kalibrierstandards verwendet werden.

Was sollte ich über ISE-Messungen im Feld wissen?

ISEs neigen dazu, weit aus der Genauigkeitsspezifikation herauszudriften, bevor sie Verschmutzungen ansammeln können. Jeder Benutzer muss die Leistung einer ISE in bestimmten Situationen beurteilen, um festzustellen, wie lange eine ISE betrieben werden kann, bevor der gewünschte Genauigkeitsbereich überschritten wird. Am besten lassen Sie Ihre ISE nicht austrocknen. Stellen Sie daher eine kleine Menge Leitungswasser in den Aufbewahrungsbehälter des Sensors, um eine 100%ige Luftfeuchtigkeit zu gewährleisten.

Anmerkung:

Alle ISEs mit Flüssigkeitsübergang haben eine Lebensdauer von etwa sechs Monaten. Jede austauschbare ISE-Spitze, die älter als sechs Monate ist, sollte ersetzt werden.

solinst eureka ise ionenselektive elektroden

ISE Ionenselektive Elektroden für Wasserqualitätssonden

Bereich / Einheiten

Ammonium 0 bis 100mg/I als Stickstoff
Nitrat 0 bis 100mg/I als Stickstoff
Chlorid 0,5 bis 18.000 mg/I
Natrium 0,05 bis 20.000 mg/I
Kalzium 0 bis 40.000 mg/I
Bromid 0 bis 80.000 mg/I

Genauigkeit

±10% vom Messwert oder 2 mg/L w.i.g.

Auflösung

0.1

Kalibrierung

zwei Punkte

Wartung

Reinigung, regelmäßiger Austausch der Sensorspitzen

Sensor Leben

sechs Monate

Sensor-Typ

flüssige oder feste Membran

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Wie schneiden die ISE-Messungen von Solinst Eureka im Vergleich zu anderen ab?

Da alle Hersteller ähnliche grundlegende Sensormechanismen verwenden, gibt es keine großen Unterschiede zwischen den ISE-Sensoren auf dem Markt. Allerdings bietet die Flowing-Junction-Referenzelektrode von Solinst Eureka eine bessere Langzeitstabilität als die Gel-Elektrolyt-Referenzelektrode.

Der Unterschied zwischen Aktivität und Konzentration bei der Kalibrierung von ionenselektiven Elektroden 24 März 2010 Die Referenzelektrode lässt sich leicht verjüngen, indem Sie die Spitze abschrauben, den Sensor mit frischem Elektrolyt füllen und die Spitze wieder aufschrauben.

Vereinfachte Erläuterung
ISE Ionenselektive Elektroden

Je mehr Ionen versuchen, sich in einer Wasserlösung zu bewegen, desto mehr kommen sie sich gegenseitig in die Quere und verringern so die gesamte ionische „Aktivität“. Eine ionenselektive Elektrode (ISE) misst die Aktivität eines Ions, die immer niedriger ist als die tatsächliche Konzentration des Ions. Die Zahl auf der Flasche einer ISE-Kalibrierlösung ist die Aktivität des angegebenen Ions. Wenn Sie eine ISE kalibrieren, müssen Sie diese Aktivitätszahl eintippen, denn der Manta weiß, dass die ISE nicht intelligent genug ist, um eine Konzentrationszahl anzugeben. Der viel intelligentere Manta verwendet die Leitfähigkeit der Lösung, um abzuschätzen, um wie viel er die Aktivitätsanzeige der ISE erhöhen muss, um eine Konzentrationsanzeige zu erhalten. Deshalb ist der Messwert unmittelbar nach der Kalibrierung höher als die Kalibrierungszahl, die Sie gerade eingegeben haben.

Ionen-Konzentration

Wenn Sie 0,05 Milligramm (mg) Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl) in 1 Liter reines Wasser rühren, dann haben Sie eindeutig eine Konzentration von 0,05 mg/Liter NaCl. Aber wie hoch ist die Chloridkonzentration? Wir wissen, dass Natrium und Chlor ein Molekulargewicht von 11 bzw. 17 haben. Also:

17 / (11 + 17) = 61%, was bedeutet, dass das Chlorid-Ion 61% des Gewichts von NaCl ausmacht
61% (0,05 mg/l) = 0,03 mg/l, was bedeutet, dass die Chloridionenkonzentration in Ihrer Lösung 0,03 mg/l beträgt (und wir können davon ausgehen, dass das Natriumion 0,02 mg/l ausmacht, falls jemand fragt)

Zur Bestätigung der Chloridkonzentration können standardmäßige analytische chemische Methoden verwendet werden.

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