Elektrody jonoselektywne ISE

Dlaczego miałbym mierzyć konkretne jony?

Elektrody jonoselektywne (ISE) to klasa czujników reagujących na obecność określonych jonów, takich jak sód (Na+) lub bromek (Br). Są one używane w połączeniu z elektrodą odniesienia i podają stężenia jonów w mg/l.

Najpopularniejsze ISE mierzą amon (NH4+), azotan (NO3-) lub chlorek (Cl-). Amon i azotan są ważne, ponieważ są wskaźnikami składników odżywczych na bazie azotu. Są one często wykorzystywane do wykrywania zanieczyszczeń powodowanych przez oczyszczalnie ścieków lub działalność rolniczą. Pomiary chlorków są często wykorzystywane jako wskaźniki zanieczyszczenia wodą morską lub innymi źródłami zanieczyszczeń zawierającymi poziomy chlorków wyższe niż oczekiwane w wodach naturalnych. Dostępnych jest około 30 innych ISE; niektóre działają lepiej niż inne.

Zmiany w długoterminowych trendach jonów specyficznych mogą sygnalizować potrzebę bardziej szczegółowych badań chemicznych wody i źródeł jej zanieczyszczenia.

Jak mierzone są jony właściwe?

Istnieją dwa rodzaje ISE. „Półprzewodnikowe” czujniki ISE są zbudowane z litego kęsa materiału. Przykładem jest czujnik chlorkowy, który jest niewiele więcej niż małym kawałkiem srebra. Różne stężenia jonów chlorkowych wytwarzają różne potencjały napięcia na powierzchni srebra, a napięcia te są mierzone przy użyciu tej samej elektrody odniesienia, co czujnik pH.

Urządzenia ISE z „ciekłą membraną” zbudowane są z cienkiej, polimerowej membrany pokrywającej elektrolit zawierający drut elektrodowy. Membrana jest „domieszkowana” różnymi materiałami, które reagują na obecność określonych jonów, ponownie tworząc potencjał napięcia związany ze stężeniem jonu. Podobnie jak w przypadku półprzewodnikowych ISE, napięcia te są mierzone przy użyciu tej samej elektrody odniesienia, co czujnik pH.

Niestety, wiele czujników specyficznych jonów nie jest szczególnie specyficznych. Na przykład amonowe czujniki ISE są zakłócane przez jony o podobnym rozmiarze i ładunku (+1). Potas jest niewielkim (zwykle) czynnikiem zakłócającym w słodkiej wodzie, ale w wodzie morskiej jony sodu często powodują fałszywy odczyt do 12 mg/l-N amonu, nawet jeśli nie ma amonu.

Z tego powodu czujniki amonowe i azotanowe nie działają w wodzie morskiej.

Na niektóre gatunki jonów ma wpływ pH próbki wody. Na przykład amon przekształca się w gazowy amoniak (NH3) przy wysokim pH (pKa dla amoniaku wynosi 9,3). Zjawisko to nie jest związane z działaniem ISE, ale mierząc amon za pomocą ISE i mierząc pH, można obliczyć stężenie amoniaku i całkowity amoniak (amon plus amoniak) w jednostkach mg/L-N (czyli mg/l azotu w postaci amonu lub amoniaku). Jest to wygodne w przypadku pracy przy wysokim pH, gdzie mogą występować zarówno amoniak, jak i amon.

ISE są łatwe do skalibrowania, chyba że chcesz zrobić to dobrze. Obejmuje to czteropunktową kalibrację dla większej dokładności – dwa stężenia w dwóch temperaturach. Większość ludzi zamiast tego wybiera kalibrację z dwoma stężeniami w temperaturze zbliżonej do oczekiwanej dla rzeczywistych pomiarów. Postępuj zgodnie z instrukcjami urządzenia. Dostępne są wzorce kalibracyjne dla wielu różnych stężeń.

Większość czujników ISE wkręca się w odbiornik za pomocą prostego uszczelnienia typu o-ring. Ułatwia to wymianę końcówek czujnika po wyczerpaniu ich żywotności. Rev – 9.20 Zapoznaj się z poniższą sekcją „Różnica między aktywnością a stężeniem podczas kalibracji elektrod jonoselektywnych”, aby zrozumieć, w jaki sposób stosowane są standardy kalibracji.

Co powinienem wiedzieć o pomiarach ISE w terenie?

ISE mają tendencję do dryfowania daleko poza specyfikację dokładności, zanim zdążą się zanieczyścić. Każdy użytkownik musi ocenić wydajność ISE w określonych sytuacjach, aby określić, jak długo ISE może działać przed przekroczeniem pożądanego zakresu dokładności. Najlepiej jest nie dopuścić do wyschnięcia ISE, więc umieść niewielką ilość wody z kranu w pojemniku do przechowywania czujnika, aby zapewnić 100% wilgotność.