ISEのイオン選択電極

なぜ特定イオンを測定したいのか？

イオン選択電極（ISE）は、ナトリウム（Na+）や臭化物（Br）などの特定のイオンの存在に反応するセンサーの一種です。基準電極と組み合わせて使用し、イオン濃度をmg/L単位で表示します。

最も一般的なISEは、アンモニウム（NH4+）、硝酸塩（NO3-）、または塩化物（Cl-）を測定する。アンモニウムと硝酸塩は、窒素ベースの栄養素の指標であるため重要である。これらは、廃水処理施設や農業活動による汚染を検出するためによく使用される。塩化物の測定は、自然水域で予想されるよりも高い塩化物レベルを含む海水やその他の汚染源による汚染の指標としてよく使用される。その他にも約30種類のISEがあり、より優れた機能を持つものもある。

長期的な比イオン傾向の変化は、水とその汚染源について、より詳細な化学的調査が必要であることを示している。

比イオンの測定方法は？

ISEには2つのタイプがある。ソリッドステート」ISEは、固体のビレットで構成されている。例えば、塩化物センサーは銀の小片に過ぎない。塩化物イオンの濃度が異なると、銀の表面に異なる電位が生じ、これらの電圧はpHセンサーと同じ基準電極を使って測定される。

液体メンブレン」ISEは、電極ワイヤーを含む電解質を覆う薄いポリマー膜で構成されている。この膜には、特定のイオンの存在に反応するさまざまな材料が「ドープ」されており、やはりイオンの濃度に関連した電位が生じる。固体ISEと同様に、これらの電圧はpHセンサーと同じ参照電極を使って測定される。

残念ながら、多くの特異的イオンセンサーは特に特異的というわけではない。例えばアンモニウムISEは、似たような大きさと電荷（+1）を持つイオンからの干渉を受ける。カリウムは淡水では（通常は）軽微な干渉ですが、海水ではナトリウムイオンは、アンモニウムが存在しなくても、最大12mg/l-Nのアンモニウムの誤測定を引き起こすことがよくあります。

このため、アンモニウムと硝酸塩のセンサーは海水では機能しない。

イオン種の中には、試料水のpHの影響を受けるものがある。例えば、アンモニウムはpHが高いとアンモニアガス（NH3）に変化します（アンモニアアンモニアのpKaは9.3）。この現象はISEの操作とは関係ありませんが、ISEでアンモニウムを測定し、pHを測定することで、アンモニア濃度と、mg/L-N（アンモニウムの形であれアンモニアの形であれ、窒素のmg/Lです）の単位で全アンモニア（アンモニウム＋アンモニア）を計算することができます。これは、アンモニア種とアンモニウム種の両方が存在する可能性が高い高pHで操作する場合に便利です。

ISEの校正は、正しく行おうとしない限り簡単です。より高い精度を得るためには、2つの温度で2つの濃度を校正する4点校正が必要です。ほとんどの人はその代わりに、実際の測定で予想される温度に近い温度で2つの濃度を校正することを選択します。装置の指示に従ってください。校正用標準液は様々な濃度のものがあります。

ほとんどのISEは、シンプルなOリングシールでレシーバーにねじ込む。このため、寿命が尽きたらセンサーチップを簡単に交換することができます。Rev – 9.20 校正用標準液の使用方法については、下記の「イオン選択性電極の校正における活性と濃度の違い」をご覧ください。

現場でのISE測定について知っておくべきことは？

ISEは、ファウリングを蓄積する前に精度仕様から大きく外れてドリフトする傾向があります。各ユーザーは、特定の状況下での ISE の性能を評価し、ISE が希望の精度範囲を超えるまでどの程度の時間動作できるかを判断する必要があります。ISEを乾燥させないことが最善であるため、センサー収納カップに少量の水道水を入れ、湿度が100％になるようにしてください。