Ионоселективные Электроды

Электрохим. Электроды, равновесный потенциал к-рых в р-ре электролита, содержащем определенные ионы, обратимо и избирательно зависит от концентрации этих ионов. На этом основании И. Э. Используют для определения концентрации (активности) разл. Ионов в р-ре, а также для анализа и контроля процессов, протекание к-рых сопровождается изменением ионного состава р-ров. Разработка и применение И. Э. Для определения разл. Ионов - осн. Задача ионометрии (см. Также Потенциометрия). В большинстве случаев И. Э. Представляет собой устройство, осн. Элементом к-рого является мембрана, проницаемая только для определенного иона. Между р-рами электролитов, разделенных мембраной, устанавливается стабильная разность потенциалов, к-рая алгебраически складывается из двух межфазных скачков потенциала и диффузионного потенциала, возникающего внутри мембраны (см.

Мембранный потенциал). Измерение концентрации определяемого иона в принципе возможно по значению эдс гальванич. Элемента, составленного из находящихся в контакте исследуемого и стандартного р-ров, в каждый из к-рых погружены идентичные И. Э., избирательно чувствительные к определяемому иону. Концентрация этого иона в стандартном р-ре с 0 точно известна. Для практич. Измерений гальванич. Элемент составляют из И. Э. И электрода сравнения (напр., хлоросеребряного), к-рые сначала погружают в стандартный, а затем в исследуемый р-р. Разность соответствующих эдс равна Е. Состав стандартного р-ра должен быть по возможности близок к составу измеряемого. Искомую концентрацию с вычисляют по ур-нию. lg c = zE/q + lg c0, где z - зарядовое число иона, q - изотермич.

Постоянная (при 25 °С она равна 58,5 мВ). Различают И. Э. С твердыми, жидкими и пленочными мембранами. Твердые мембраны создают на основе металлич. Систем типа Ag-AgCl, Hg-Hg2Cl2, ионообменных смол, стекол разл. Состава, моно- и поликристаллов труднорастворимых в воде солей. Селективность кристаллич. И. Э. Определяется способностью ионов под действием электрич. Поля перемещаться в кристаллич. Решетке по дефектам. Стеклянные И. Э. Рассматривают как твердый электролит, к-рый может вступать в ионообменное взаимод. С исследуемым р-ром. Стеклянные И. Э. Обладают высокой чувствительностью к ионам Н +, Nа +, К +, NH4+ и др., что позволяет проводить измерения, напр., рН в диапазоне от -2 до 14 при т-рах до 100-150 °С, измерения pNa - в диапазоне от Ч0,5 до 4 при т-рах до 100 °С, измерения pNH4 - в диапазоне от 0 до 3,5 при т-рах до 80 °С (pNa и рNН 4 - отрицат.

Логарифмы концентраций Na+ и NH4+ в моль/л). Монокристаллич. LaF3 - электрод - наиб. Селективный по отношению к ионам F-. И. Э. С жидкими мембранами создают на основе р-ров в орг. Р-рителях ионообменных в-в (жидкие катиониты или аниониты) или нейтральных хелатных соед. Эти р-ры отделены от исследуемого водного р-ра пористыми перегородками. Селективность жидких мембран определяется, в первую очередь, избирательностью комплексообразования или ионного обмена между мембраной и р-ром. Примерами таких И. Э. Могут служить Са 2+ - электрод на основе р-ра кальциевых солей диэфиров фосфорной к-ты (напр., дидецилфосфата) и жидкостной электрод с одинаковой селективностью к ионам Са 2+ и Mg2+, используемый для определения жесткости воды.

В И. Э. С пленочными мембранами активными являются те же в-ва, что и в жидких мембранах, но они нанесены на полимерную матрицу, напр., поливинил хлоридную. На практике мембрана И. Э. Проницаема не только для определяемого иона, но и для посторонних или мешающих (влияющих) ионов, однако селективность мембраны к определяемому и мешающим ионам различна и зависит от их концентрации. Поэтому И. Э. Характеризуют т. Наз. Коэф. Электродной селективности и интервалом концентраций определяемого иона. В настоящее время созданы И. Э. Для неск. Десятков катионов и анионов. Среди них F-, Cl- , Вr-, I-, S2-, CN-, CNS-, NO3-, СlO4-, СО 32-, HCO3-, H2PO4-, RCOO-, Cu2+, Zn2+,Cd2+, Pb2+, Ag+, Fe2+, R4N+. Спец. Типы И. Э. Позволяют определять концентрацию неионных в-в.

Таковы газочувствительные И. Э., используемые для определения содержания в р-рах NH3, CO2, SO2, H2S и др. Газовый электрод включает И. Э. И электрод сравнения, контактирующие с небольшим объемом вспомогат. (приэлектродного) р-ра, к-рый отделен от исследуемого р-ра газовой прослойкой или гидрофобной газопроницаемой мембраной, напр., поливинилиденфторидной. В основе их действия лежат р-ции с участием газов (напр., СО 2 + H2O D Н + + HCO3-. Газ (СО 2, NH3 или иной) распределяется между измеряемым и вспомогат. Р-рами, образующиеся во вспомогат. Р-ре ионы регистрируются И. Э. Поскольку в большинстве используемых р-ций образуются ионы Н +, в газочувствит. Электродах применяют в осн. Стеклянные И. Э. Для определения концентрации большого числа орг.

Соед. Служат биоспецифичные И. Э. - ферментные, иммуноферментные, бактериальные, микробные и др. В основе их действия лежат р-ции, катализируемые ферментами, к-рые превращ. Неионное в-во (субстрат) в ион, определяемый соответствующим И. Э. Обычно фермент используют в иммобилизованном состоянии непосредственно на мембране И. Э., иногда - на отдельном носителе. Ферментные электроды позволяют определить концентрацию не только субстратов, но и в-в, являющихся ингибиторами или активаторами каталитич. Р-ций. И. Э. Находят применение в хим. Анализе для изучения комплексообразования, ассоциации ионов и др. В качестве детекторов при анализе в проточных системах, что особенно важно для автоматизации контроля производств. Процессов. В медико-биол.

Исследованиях для определения ионного состава биол. Сред, активности ионов внутри и вне клетки. Для контроля загрязнений воздуха и окружающей среды (дождевой воды, снега, льда и т. П.). Для анализа почв и почвенных р-ров, исследования ионных равновесий в морской воде и др. Лит. Никольский Б. П., Матерова Е. А., Ионселективные электроды, Л., 1980. Физическая химия, под ред. Б. П. Никольского, 2 изд., Л., 1987. Б. П. Никольский. .