Elettrodi selettivi ionici ISE

Perché dovrei voler misurare ioni specifici?

Gli elettrodi iono-selettivi (ISE) sono una classe di sensori che rispondono alla presenza di ioni specifici, come il sodio (Na+) o il bromuro (Br). Vengono utilizzati insieme a un elettrodo di riferimento e riportano le concentrazioni di ioni in mg/L.

Gli ISE più comuni misurano l’ammonio (NH4+), il nitrato (NO3-) o il cloruro (Cl-). L’ammonio e il nitrato sono importanti perché sono indicatori di nutrienti a base di azoto. Vengono spesso utilizzati per rilevare la contaminazione da parte di impianti di trattamento delle acque reflue o attività agricole. Le misurazioni del cloruro sono spesso utilizzate come indicatori di contaminazione da parte dell’acqua di mare o di altre fonti di contaminazione che contengono livelli di cloruro superiori a quelli previsti nelle acque naturali. Sono disponibili circa 30 altri ISE; alcuni funzionano meglio di altri.

I cambiamenti nelle tendenze a lungo termine degli ioni specifici possono segnalare la necessità di uno studio chimico più dettagliato dell’acqua e delle sue fonti di contaminazione.

Come si misurano gli ioni specifici?

Esistono due tipi di ISE. Gli ISE “a stato solido” sono costituiti da un blocco di materiale solido. Un esempio è il sensore di cloruro, che è poco più di un piccolo pezzo di argento. Concentrazioni diverse di ioni cloruro producono potenziali di tensione diversi sulla superficie dell’argento e queste tensioni vengono misurate utilizzando lo stesso elettrodo di riferimento di un sensore di pH.

Le ISE a “membrana liquida” sono costituite da una sottile membrana polimerica che ricopre un elettrolita contenente un filo elettrodico. La membrana è “drogata” con vari materiali che rispondono alla presenza di specifici ioni, creando un potenziale di tensione correlato alla concentrazione dello ione. Come per le ISE a stato solido, queste tensioni vengono misurate utilizzando lo stesso elettrodo di riferimento di un sensore di pH.

Purtroppo, molti sensori di ioni specifici non sono particolarmente specifici. Gli ISE di ammonio, ad esempio, subiscono interferenze da parte di ioni di dimensioni e carica simili (+1). Il potassio è un interferente minore (di solito) nell’acqua dolce, ma nell’acqua di mare gli ioni di sodio spesso causano una falsa lettura fino a 12 mg/l-N di ammonio anche se non è presente ammonio.

Per questo motivo, i sensori di ammonio e nitrato non funzionano in acqua di mare.

Alcune specie ioniche sono influenzate dal pH dell’acqua campione. L’ammonio, ad esempio, si converte in ammoniaca gassosa (NH3) a pH elevati (il pKa dell’ammonio-ammoniaca è 9,3). Questo fenomeno non è legato al funzionamento dell’ISE, ma misurando l’ammonio con un ISE e misurando il pH, puoi calcolare la concentrazione di ammoniaca e l’ammoniaca totale (ammonio più ammoniaca) in unità di mg/L-N (cioè mg/l di azoto sotto forma di ammonio o ammoniaca). Questo è comodo quando si opera a pH elevati dove è probabile che siano presenti sia specie di ammoniaca che di ammonio.

Gli ISE sono facili da calibrare, a meno che tu non voglia farlo bene. Ciò comporta una calibrazione a quattro punti per una maggiore precisione: due concentrazioni a due temperature. La maggior parte delle persone sceglie invece di calibrare con due concentrazioni a una temperatura vicina a quella prevista per le misurazioni effettive. Segui le istruzioni dello strumento. Sono disponibili standard di calibrazione per molte concentrazioni diverse.

La maggior parte degli ISE si avvita al ricevitore con un semplice o-ring di tenuta. In questo modo è facile cambiare le punte dei sensori quando la loro durata si esaurisce. Rev – 9.20 Consulta la sezione “La differenza tra attività e concentrazione nella calibrazione degli elettrodi ionoselettivi” per capire come si utilizzano gli standard di calibrazione.

Cosa devo sapere sulla misurazione ISE sul campo?

Gli ISE tendono a uscire dalle specifiche di precisione prima di accumulare incrostazioni. Ogni utente deve valutare le prestazioni di un ISE in situazioni particolari per determinare per quanto tempo può funzionare prima di superare l’intervallo di precisione desiderato. È meglio non lasciare che il tuo ISE si asciughi, quindi metti una piccola quantità di acqua di rubinetto nella tazza di conservazione del sensore per garantire il 100% di umidità.