ISE ion selectieve elektroden

Waarom zou ik specifieke ionen willen meten?

Ionselectieve elektroden (ISE’s) zijn een klasse sensoren die reageren op de aanwezigheid van specifieke ionen, zoals natrium (Na+) of bromide (Br). Ze worden gebruikt in combinatie met een referentie-elektrode en rapporteren ionconcentraties in mg/L.

De meest gebruikte ISE’s meten ammonium (NH4+), nitraat (NO3-) of chloride (Cl-). Ammonium en nitraat zijn belangrijk omdat het indicatoren zijn van voedingsstoffen op basis van stikstof. Ze worden vaak gebruikt om verontreiniging door afvalwaterzuiveringsinstallaties of landbouwactiviteiten op te sporen. Chloride metingen worden vaak gebruikt als indicatoren van verontreiniging door zeewater of andere verontreinigingsbronnen die hogere chloridegehaltes bevatten dan verwacht in natuurlijke wateren. Er zijn ongeveer 30 andere ISE’s beschikbaar; sommige werken beter dan andere.

Veranderingen in langetermijntrends van specifieke ionen kunnen wijzen op de noodzaak van meer gedetailleerd chemisch onderzoek van het water en de verontreinigingsbronnen.

Hoe worden specifieke ionen gemeten?

Er zijn twee soorten ISE’s. De “solid-state” ISE’s zijn gemaakt van een massief stuk materiaal. Een voorbeeld is de chloridesensor, die niet veel meer is dan een klein stukje zilver. Verschillende chloride-ionenconcentraties produceren verschillende spanningspotentialen aan het oppervlak van het zilver en deze spanningen worden gemeten met dezelfde referentie-elektrode als een pH-sensor.

De “vloeistofmembraan” ISE’s bestaan uit een dun polymeermembraan dat een elektrolyt bedekt dat een elektrodedraad bevat. Het membraan is “gedoteerd” met verschillende materialen die reageren op de aanwezigheid van specifieke ionen, wederom door een spanningspotentiaal te creëren die gerelateerd is aan de concentratie van het ion. En net als bij de solid-state ISE’s worden deze spanningen gemeten met dezelfde referentie-elektrode als een pH-sensor.

Helaas zijn veel specifieke-ionsensoren niet bijzonder specifiek. Ammonium-ISE’s hebben bijvoorbeeld last van storing door ionen met een vergelijkbare grootte en lading (+1). Kalium is (meestal) een kleine storing in zoet water, maar in zeewater veroorzaken natriumionen vaak een foutieve meting tot 12 mg/l-N ammonium, zelfs als er geen ammonium aanwezig is.

Daarom werken ammonium- en nitraatsensoren niet in zeewater.

Sommige ionische soorten worden beïnvloed door de pH van het watermonster. Ammonium verandert bijvoorbeeld in ammoniakgas (NH3) bij een hoge pH (de pKa voor ammoniumammoniak is 9,3). Dit fenomeen heeft niets te maken met de werking van een ISE, maar door ammonium te meten met een ISE en de pH te meten, kun je de ammoniakconcentratie en de totale ammoniak (ammonium plus ammoniak) berekenen in eenheden van mg/L-N (dat is mg/l stikstof, ongeacht of het in de vorm van ammonium of ammoniak is). Dit is handig wanneer je werkt met een hoge pH waarbij er waarschijnlijk zowel ammoniak als ammonium aanwezig is.

ISE’s zijn eenvoudig te kalibreren, tenzij je het goed wilt doen. Dat houdt een vierpuntskalibratie in voor een hogere nauwkeurigheid – twee concentraties bij twee temperaturen. De meeste mensen kiezen er echter voor om te kalibreren met twee concentraties bij een temperatuur die in de buurt ligt van de verwachte temperatuur voor de eigenlijke metingen. Volg de instructies van het instrument. Er zijn kalibratiestandaarden beschikbaar voor veel verschillende concentraties.

De meeste ISE’s worden in een ontvanger geschroefd met een eenvoudige o-ringafdichting. Hierdoor is het eenvoudig om de sensortips te vervangen als ze niet langer meegaan. Rev – 9.20 Zie hieronder “Het verschil tussen activiteit en concentratie bij het kalibreren van ion-selectieve elektroden” om te begrijpen hoe kalibratiestandaarden worden gebruikt.

Wat moet ik weten over ISE-meting in het veld?

ISE’s hebben de neiging om ver buiten de nauwkeurigheidsspecificatie te komen voordat ze vervuiling kunnen opbouwen. Elke gebruiker moet de prestaties van een ISE in bepaalde situaties beoordelen om te bepalen hoe lang een ISE kan werken voordat het gewenste nauwkeurigheidsbereik wordt overschreden. Het is het beste om uw ISE niet uit te laten drogen, dus doe een kleine hoeveelheid kraanwater in de sensorbewaarbeker om 100% vochtigheid te garanderen.