Ионоселективные электроды

воздействие с обеих сторон мембраны. В конце  концов развиваются трещины,

приводящие к  нарушению функции электрода. Для  защиты электрода от

разрушения  необходимо хранить его в воде, так как в воде происходит

выщелачивание связанных ионными силами основных компонентов стекла и

замена  их ионами водорода, в результате чего на поверхности стекла

образуется  слой гидролизованного кремнезема, предохраняющий стекло от

дальнейшего разрушения.

    Факторы, влияющие на работу  твердых мембранных электродов. Для

достижения  теоретических функций в электродах с твердыми мембранами

необходимо, что бы все твердые соединения, входящие в фазу мембраны,

находились  в равновесии с анализируемом  раствором. Этого не произойдет,

если  ионы, присутствующие в анализируемом растворе, реагируют с отдельными

компонентами  мембраны. Наиболее типичной реакцией, характерной для

мембран, содержащих галогениды серебра, является образование мене

растворимой серебряной соли. Для электрода с  мембраной из смеси сульфидов

серебра и меди обнаружен более сложный характер влияния, связанный с

образованием  новой твердой фазы. Если электрод оказался в растворе, ионы

которого  приводят к образованию новой  твердой фазы, то вернуть электрод в

прежнее состояние можно выдержав его  в растворе с высокой концентрацией

соответствующих ионов.

    5.1 Определение  калия и натрия в почвах  с помощью ионоселективных электродов

 

    В отличии от медицины и  биологии, где биологические жидкости  часто воздействуют на поверхность  электродной мембраны и искажают показания электрода, почвы и почвенные растворы являются более простыми объектами для применения различных типов электродов. Экспрессность, надёжность, возможность определения без нарушения целостности объекта привлекли внимание почвоведов к прямому потенциометрическому методу с применением нового типа ионоселективных электродов.

     Потенциометрический метод позволяет  провести ряд определений за  короткий промежуток времени  и в большинстве случаев без  предварительного разделения компонентов.

    Применение водородного стеклянного электрода началось в 30-х гг. Некоторые исследователи использовали водородные и натриевые стеклянные электроды, а также кальциевые с мембранами из ионообменных смол для определения активностей ионов в вытяжках из почв и суспензиях почва. В последние годы широко применяют ионоселективные электроды с жидкой и плёночной мембранами при определении обменного кальция и магния в почвах, в вытяжках из почв и природных водах.

    В анализе вытяжек почв и  природных вод нашёл применение  поликристаллический Cl⁻-электрод. Большой интерес у почвоведов и агрохимиков вызвало появление NO3^−--электрода. Для определения ионов калия в тех же объектах используют K⁺-электрод.

    Особое значение имеет возможность  применения электродов в живых  объектах, что позволяет выяснить характер реально протекающих природных процессов. Уже в 30-х гг. появились первые работы по применению стеклянного электрода и попытки измерения pH и окислительных потенциалов в образцах почв с естественной влажностью. В почвах естественного залегания впервые ионоселективные электроды были применены в работах Корзума, Хансена, Ружички, а также Крюкова и Горбуновой для определения ионов Cl⁻, Na⁺, H⁺. Нейр и Талибуден с помощью K⁺ и NO3⁻-электродов изучали изменение во времени содержания ионов K⁺ и NO3⁻ в корневой зоне непосредственно в полевых условиях, но не в почве с естественной влажностью, а в почвенной пасте с соотношением почва/вода=1/0.5.

    В последнее время для изучения  живых объектов почв также  всё чаще применяют ионоселективные электроды.[5]

    5.2 Определение  калия и натрия в природных  водах с помощью ионоселективных  электродов 

 

    В последнее время при изучении  распределения ионных компонентов  и для исследования ионных  равновесий в морской воде  начали применять потенциометрический метод с ионоселективными электродами. Преимущества в работе с мембранными ионоселективными электродами как экспрессность и возможность непрерывной регистрации изменений концентрации контролируемого иона делают перспективным применением глубоководных зондов с набором  ионоселективных электродов для контроля изменений ионного состава морских вод на любом горизонте.

    Несомненным достоинством ионоселективного  электрода для океанологии является  то, что его электрический потенциал  отзывается на изменение не общей, а активной концентрации иона, что существенно при изучении ионных равновесий в морской воде, в том числе и процессов комплексообразования.

    Рассмотрим способы наиболее  эффективного диффузионного потенциала  при измерениях э.д.с. элементов с ионоселективными электродами в исследованиях морской воды. Значительный интерес представляет решение этого вопроса в работах Хансона, применявшего элемент с переносом. Однако диффузионный потенциал в последнем сведен к минимуму за счёт использования в сравнительном электроде практически того же состава, что и испытуемый. Сравнительный электрод имел вид трубки с узким капилляром внизу, заполненный нормальной морской водой, в которую опущен сверху токоотводящий хлорсеребряный электрод.

    Для исследования морской воды с целью измерения отношений активностей различных ионов (С_KNa;aC_Na/C_NaCa+Mg и др.) перспективно применение элементов без переноса.

    Савенко применил натриевый электрод  и K⁺-электрод на основе валиномицина для определения содержания ионов Na⁺ и K⁺ в водах атлантического океана, а также коэффициентов активности этих ионов в морской воде. В разработанной им методике  стандартными растворами для калибровки электродов служили растворы искусственной морской воды с концентрациями всех компонентов, равными их концентрациями в морской воде с солёностью 35млн^.-1.       Концентрации NaCl и KCl в этих растворах меняли так,чтобы общая ионая сила растворов сохранялась постоянной.

    Точность определения содержания  ионов Na⁺ и K⁺ составила +-1%.

    С помощью ионоселективных электродов во время экспедиции в Атлантическом океане (1975 г.) изучено распределение ионов K⁺ и Na⁺ по вертикали на стандартных горизонтах 137 действующих станций. Установлено, что концентрация исследуемых ионных компонентов K⁺, Na⁺ морской воды изменяется симбатно изменению солёности. В районах океана,где солёность по разрезу от поверхности до дна практически постоянна изменений в концентрациях изучаемых компонентов не обнаружено. Расчёт отношений концентраций ионов Na⁺ и K⁺ морской воды, определённых методом электропроводности с помощью солериметра, с использованием результатов анализа 3000 проб морской воды даёт для C_K/C_Cl среднее значение 0.0203+-0.0004. Полученные данные свидетельствуют,что распределение ионных компонентов в морской воде находится в корреляции с изменением солёности следовательно предположение о непостоянстве отношений главных компонентов морской воды не обосновано. Можно считать, что результаты проверки гипотезы постоянства отношений главных компонентов солёности морской воды наглядно демонстрируют перспективность применения ионоселективных электродов в морской воде.

    Одно из существенных достоинств  ионоселективных электродов –  их способность функционировать  при высоких давлениях, что  открывает заманчивую перспективу их применения для измерения активности ионов в глубине Мирового океана. При работе с ионоселективными электродами для морских исследований необходимы предварительные лабораторные испытания на зависимость основных параметров электрода от температуры и давления. Уайтфилд сконструировал установку, позволяющую одновременно проводить исследование нескольких электродов при давлениях до 3*10⁸ Па. Им изучены ассиметрический потенциал и воспроизводимость потенциалов для различных pH-метрических электродов, натриевого стеклянного электрода и жидкостного K⁺-электрода.[6]

ВЫВОДЫ

 

  Физико-химические  методы анализа развиваются в  направлении поиска новых химико-аналитических  свойств вещества, увеличения точности  анализа, конструирования новых  прецизионных аналитических приборов, совершенствования существующих методик и автоматизации анализа.

    Перспективы развития ионометрии  в отношении создания новых  электродных систем и теоретических  обобщений достаточно многообещающи.  Значительно расширяются важные  области применения ионоселективных электродов. Например, их используют в биологии и медицине, в клинической практике, для контроля окружающей среды, в агрохимии и почвоведении, в производственном анализе.

     Ионоселективные электроды имеют  следующие достоинства: они не

оказывают воздействия на исследуемый раствор; портативны; пригодны как для

прямых  определений, так и в качестве индикаторов в титриметрии.

    В анализе вытяжек почв и  природных вод нашёл применение  поликристаллический Cl−-электрод. Большой интерес у почвоведов и агрохимиков вызвало появление NO3−-электрода. Для определения ионов калия в тех же объектах используют K+-электрод.

    Несомненным достоинством ионоселективного  электрода для океанологии является  то, что его электрический потенциал  отзывается на изменение не общей, а активной концентрации иона, что существенно при изучении ионных равновесий в морской воде, в том числе и процессов комплексообразования. 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ 

1.Физико-химические  методы анализа, под ред. В.Б.  Алесковского, Л., 1988; 2.Васильев В.П., Аналитическая химия, ч. 2. Физико-химические методы анализа, M., 1989;

3.Пилипенко  А.Т., Пятницкий И.В., Аналитическая  химия, M., 1990;

4.Золотов  Ю. А., Аналитическая химия: проблемы  и достижения, M., 1992;

5.А.И.Бусев,  “Аналитическая химия калия”, М., 1964;

6.Б.П.Никольский, Е.А.Матерова, “Ионоселективные электроды”, Изд-во “Химия”,1980.

7.Полуэктов  Н.С. Методы анализа по фотометрии  пламени, -М.: Химия, 1967,308c.