Виды ионселективных электродов

 

Виды ионоселективных  электродов

   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.

   Современное поколение высокочувствительных и стабильных ионоселективных электродов с твердым внутренним контактом для контроля природных, промышленных и сточных вод, в том числе агрессивных, биологических сред, почв, осадков 

   Современные ионоселективные электроды можно разделить на несколько классов в соответствии с материалом чувствительной мембраны: стеклянные, с кристаллической и ПВХ-мембранами.

 
  Стеклянные ионоселективные электроды из всех обладают наилучшими эксплуатационными характеристиками. Применение стеклянных электродов невозможно в растворах, содержащих плавиковую кислоту или ее соли. 
  Наиболее часто применяемыми электродами из этой группы являются Na - селективные. Модификации ЭЛИС-112Na и ЭЛИС-142Nа имеют одинаковые основные характеристиками, а отличаются устройством. Электрод ЭЛИС-142Na имеет твердый внутренний контакт. Электроды с твердым внутренним контактом обеспечивают наиболее стабильные параметры, особенно при эксплуатации их в жестких условиях. Однако они обладают более высокими потенциалами по сравнению с традиционными электродами (более минус 2000 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения). Поэтому для работы с этими электродами нужны измерительные приборы со шкалой до 3000 мВ и более. ЭЛИС-112Na и ЭЛИС-142Na предназначены для лабораторного анализа растворов, содержащих достаточно высокие концентрации ионов Na+. Основным мешающим ионом являются ион водорода (Н+), поэтому при измерении должно соблюдаться соотношение pH-pNa > 3,5. 
  Электрод ЭЛИС-212Na предназначен для определения малых концентраций ионов Na в растворах. Измерения обычно проводятся в специальных проточных ячейках, с соблюдением предосторожностей от случайного загрязнения пробы. Для анализируемого раствора также должно соблюдаться соотношение величин pH-pNa > 3,5. 
  Стеклянный Li-селективный электрод имеет ограниченную область применения, поскольку он обладает равной чувствительностью к ионам Na. 
 
  Электроды с кристаллической мембраной. Быстродействующие датчики с продолжительным рабочим ресурсом и стабильными характеристиками. Не допускается эксплуатация этих электродов в растворах, содержащих сильные окислители и органические растворители, разрушающие или растворяющие материал корпуса.

  Электроды изготавливаются в пластиковых корпусах. Не допускается эксплуатация этих электродов в растворах, содержащих сильные окислители и органические растворители, разрушающие или растворяющие материал корпуса (ПВХ). При потере чувствительности электроды этого типа (все кроме фторидного) могут быть восстановлены зачисткой рабочей поверхности на мелкой шкурке. 
  F-селективный электрод является одним из самых высокоселективных электродов - единственным мешающим ионом является ион ОН-, поэтому измерения рекомендуется проводить при рН 5,5...6,5. Материал чувствительной мембраны - монокристалл LaF₃ обладает высокой химической стойкостью и долговечностью, что обеспечивает значительный ресурс работы электрода. Зачистка рабочей поверхности электрода абразивными материалами не допускается. 
  CI-, Br-, I-селективные электроды выполнены по стандартной технологии. Материалом мембраны является прессованный порошок Ag₂S с добавлением соответствующего галогенида серебра. Нижний предел диапазона измерения определяется растворимостью материала мембраны. Например, произведение растворимости AgCI равно 1,8x10-10, следовательно, в приэлектродном слое концентрация ионов Сl- составляет величину ПР=1,Зх10-5 моль/л, это и есть естественный предел обнаружения. Несколько расширить диапазон определения можно приемами, снижающими растворимость мембраны: охлаждение раствора, введение органических растворителей (не растворяющих ПВХ) или применение метода добавок. 
  Мешающим действием обладают все ионы, которые могут взаимодействовать с материалом мембраны с образованием менее растворимых солей, в частности это ионы Hg²⁺ и S^2-. Селективность электродов возрастает в ряду CI-Br-I. Так для хлорид-селективного электрода Br- и I- являются мешающими ионами, а для определения йода при помощи соответствующего электрода ионы Cl- и Br- не мешают. Источником погрешностей и ошибок при анализе низких концентраций галогенидов может быть электролит, истекающий из электрода сравнения, обычно это насыщенный раствор KCI. В первую очередь этот эффект наблюдается при анализе хлоридов, однако он может проявляться и при анализе Br- и I-, т.к. cоль KCI, из которой готовится электролит для заправки электрода сравнения может содержать заметные количества прочих галогенидов. Поэтому при определении хлоридов обязательно, а бромидов и иодидов желательно применять двухключевой электрод сравнения, заправленный раствором KNO₃, например ЭСр-10101. 
  Электроды обладают некоторой фоточувствительностью, поэтому не рекомендуется их эксплуатация и хранение под воздействием прямого солнечного света. Так же нежелательно присутствие в анализируемых растворах сильных окислителей или восстановителей. 
  Cd-, Pb-, Cu- селективные электроды также выполнены по общепринятой технологии. Материал мембраны - прессованный порошок Ag2S с добавлением сульфида соответствующего металла. Предел обнаружения определяется растворимостью сульфида металла. Рекомендации по расширению диапазона измерения те же, что и при определении галогенидов. 
  Мешающим действием обладают все ионы, которые могут взаимодействовать с материалом мембраны с образованием менее растворимых солей.  При определении свинца следует применять двухключевой электрод сравнения, заправленный раствором KNO₃ вместо KCI, для предотвращения засорения электролитического ключа малорастворимой солью PbCl₂. 
  Для Ag-селективного электрода материалом мембраны служит прессованный порошок Ag₂S. Мешающий ион Hg²⁺. При определении серебра следует применять двухключевой электрод сравнения, заправленный раствором KNO₃ вместо KCl, т.к. малорастворимая соль AgCl может забивать электролитический ключ. 
 
  Электроды с ПВХ-мембраной или Пленочные электроды. Электроды с поливинилхлоридной пленочной мембраной, значительно расширяющие возможности современной ионометрии при анализе анионов и катионов. Мембрана требует бережного обращения, ее нельзя тереть или механически чистить. При работе с этими ионоселективными электродами не допускается присутствие веществ растворяющих или разрушающих ПВХ. 
  Материал мембраны ПВХ с добавлением специальных веществ- переносчиков. Мембрана требует бережного обращения, ее нельзя тереть или механически чистить. Материал корпуса тоже ПВХ. При работе с этими электродами не допускается присутствие веществ растворяющих или разрушающих ПВХ. 
  К-селективный электрод. При определении К⁺ должен применяться двухключевой электрод сравнения, заправленный раствором NH₄NO₃ или NH₄Cl вместо KCl. 
  NO₃-селективный электрод. Измерение нитратов достаточно широко применяется в аналитической практике для анализа сельскохозяйственной продукции, природных вод и почв при экологическом мониторинге. Следует иметь в виду то, что для каждого объекта исследований требуется своя методика анализа. Методика анализа твердых материалов, например, овощной продукции, обычно включает в себя: измельчение, экстракцию раствором квасцов и потенциометрическое исследование полученного раствора. При окончательном расчете содержания нитратов применяются специальные коэффициенты, учитывающие массу пробы, объем экстрагирующего раствора, разбавление, полноту извлечения и т.д. Эти коэффициенты устанавливаются на этапе разработки методики. 
  Ca-, NH₄-селективные электроды не имеют каких-либо особенностей при эксплуатации. 
 
  Для комфортной работы с ионоселективными электродами, особенно при прямой потенциометрии, в качестве измерительного прибора нужен иономер. Конечно, может применяться и рН-метр с милливольтовой шкалой. В этом случае калибровочный график строится на бумаге и по нему определяется концентрация анализируемых ионов в растворе. Однако в настоящее время это практикуется редко. Кроме того, с развитием микропроцессорной техники появились измерительные приборы, реализующие различные методики измерения. Например, существуют приборы в программы, которых заложены методы добавок или титрование по методу Грана. И хотя отечественное приборостроение значительно отстает от западного, у нас легко найти производителя, который за очень умеренную плату разработает и заложит в свой прибор нужную потребителю методику измерений.

 

Промышленные  ионоселективные электроды

Ионоселективные гальванические электроды для обнаружения и  измерения концентрации многих видов  ионов в широком диапазоне (от 10^–6 моль/л до 1 моль/л) в настоящее время выпускаются промышленно. Внешний вид некоторых из них показан на рис. 1, а. В их стеклянном или эпоксидном корпусе сформированы все необходимые составные части: соответствующий электрод сравнения с электролитом в виде геля, внешний электрод и полимерная или стеклянная мембрана между внутренним электролитом и внешним контролируемым раствором. С одного конца выведен тонкий гибкий электрический кабель, соединяющий электроды с измерительным блоком. Другой конец с внешним электродом и разделительной мембраной опускается в контролируемый раствор.

 
Рис. 1  Внешний вид: а) некоторых стандартных ионоселективных гальванических электродов; б) типового портативного потенциометрического сенсора

Кроме наиболее употребительных  электродов (селективных к ионам ), список промышленно выпускаемых гальванических электродов включает очень широкий спектр ионов-аналитов:

алюминий, аммоний, барий, бромид, ванадий, гидроксил, железо (отдельно двух- и трехвалентные ионы), йодид, кадмий, калий, кальций, карбоксид, карбонат, кобальт, литий, магний, медь (отдельно одно- или двухвалентная), натрий, никель, нитрат, нитрит, перхлорат, свинец, серебро, стронций, сульфат, сульфид, талий, титан, фосфат, фторид, фторборат, хлорид, цинк, цианид и много других.

Ныне преимущество все  больше отдается твердым электродам на основе халькогенидов. Работы по совершенствованию промышленно выпускаемых ионоселективных электродов продолжаются во всем мире.

Измерительные блоки к  ионоселективным электродам, которые  тоже выпускаются промышленно, как  правило, являются портативными. Внешний  вид одного (типичного) из них показан на рис. 1, б. Этот прибор – -метр/милливольтметр Н-150 – имеет массу до 0,5 кг, размеры 195x98x40 мм, обеспечивает измерение разности потенциалов в диапазоне от –1000 до +1000 мВ с точностью 2 мВ. Это позволяет вместе с электродом определять показатель растворов в диапазоне от 0 до 14 единиц с точностью ?здгыьтж0,03 единицы или с использованием стандартной термопары измерять температуру от 0 С до 100 С с точностью 0,5 С.

 

Виды электродов предлогаемых на рынке

 

В настоящее время на рынке  присуствует значительное количество химичесого оборудования и его компонентов, в том числе и электродов. Из них следующие виды.

 

Ионоселективный электрод 6801

Ионоселективный электрод 6801 специально разработан для определения ионов натрия в реакциях диссоциации. Нашёл широкое применение в термоэлектрическом и бумажном производстве. Может также применяться в других отраслях. Используется с портативными измерителями, микропроцессор которых переводит полученный электрический потенциал в показатель ионов. Реакция диссоциации и обратная ей моляризация это процесс выделения свободных ионов и, соответственно, их захвата. Бывают случаи, когда необходимо определить концентрацию свободных ионов в жидкости до реакции моляризации что бы высчитать необходимое количество добавляемого вещества. Иногда же это бывает необходимо для определения степени диссоциации электролита, его силы. И вот тут приходит на помощь ионоселективный электрод 6801, мгновенно реагирующий на изменение концентрации, позволяющий отслеживать протекание реакции практически в реальном времени!

Температурный диапазон применения ионоселективного электрода 6801 очень узок и находится в пределах 20-40С°. По сути это комнатная температура. Диапазон измерения 0-6pNa. Подходит ко всем устройствам для измерения концентрации ионов, имеющих необходимый разъём.

Модель	6801
Диапазон изм-й	0-6pNa
Допустимая темп.	20-40С°
Примечания	Электрод натрия

 

Ионоселективный электрод 701

 

Комплексный ионоселективный электрод 701 предназначен для определения ионов натрия в реакциях диссоциации. Наиболее широко применяется в термоэлектрическом и бумажном производстве, а также в других отраслях. Используется с портативными измерителями концентрации ионов. Реакции диссоциации и моляризация это процесс выделения свободных ионов и, соответственно, их захвата. Когда необходимо определить концентрацию свободных ионов в жидкости до реакции моляризации, что бы высчитать необходимое количество добавляемого вещества, или после реакции диссоциации, для определения уровня диссоциации у электролита, незаменим ионоселективный электрод 701! Он мгновенно реагирует на изменение концентрации, позволяя отслеживать протекание реакции практически в реальном времени!

Условия применения ионоселективного электрода 701 ограничены температурой 20-40С°, а диапазон измерения равен 0-6pNa. Используется со всеми устройствами для измерения концентрации ионов, имеющих необходимый разъём. Определение электрода при подключении к устройству происходит автоматически. Не рекомендуется использование электрода 701 с горячими или холодными жидкостями, особенно в точках закипания и замерзания воды.

Модель	701
Диапазон изм-й	0-6pNa
Допустимая темп.	20-40С°
Примечания	Комплексный электрод натрия

 

Ионоселективный электрод pCl-1

 

Высокочувствительный ионоселективный электрод pCl-1 разработан специально для измерения концентрации ионов хлора в растворах. Измерение осуществляется по количеству захваченных ионов. Имеет специальное напыление хлорида серебра. Отличается расширенным диапазоном 10^-1-5х10^-5M и быстрым откликом. Применяется в производстве продуктов питания, напитков, включая спиртные, фармакологическом производстве. Электрод pCl-1 очень прост в применении и легко подключается к любым устройствам для измерения концентрации ионов, имеющим необходимый разъём. Концентрация свободных ионов характеризует состав жидкости. Так определение концентрации ионов хлора позволяет определить наличие и концентрацию данного вещества в воде. Поэтому электрод данного типа также используется в центральном водоснабжении и для анализа сточных вод.

Ионоселективный электрод pCl-1 применяется при комнатной температуре. Не рекомендуется использовать с высокотемпературными растворами. Помните, что электрод pCl-1 рекомендуется использовать только по назначению!  Корректное использование и соблюдение необходимых технических требований обеспечит максимальный срок успешного применения электрода pCl-1.

Модель	pCl-1
Диапазон изм-й	10-1-5х10-5M
Допустимая темп.	комнатная
Примечания	Электрод хлора

 

Ионоселективный электрод pF-1A

 

Ионоселективный электрод pF-1A разработан специально для измерения концентрации ионов фтора в растворах. Отличается очень широким диапазоном 10^-1-10^-6M и высокой чувствительностью, а также быстрым откликом. Активно используется в лёгкой промышленности и при тестировании проб морской воды. Отличается простотой в применении, не требующей специальных навыков или высокой квалификации. Совместим с любыми устройствами для измерения концентрации ионов, имеющими необходимый разъём. Концентрация свободных ионов меняется в зависимости от проходящих в веществе реакций. Так различают реакцию диссоциации, когда происходит выделение ионов, и обратную ей реакцию моляризации с захватом свободных ионов. И вот для контроля за протеканием реакций или для тестирования их результатов используется ионоселективный электрод pF-1A.

Условия применения ионоселективного электрода pF-1A достаточно широки. Так температурный диапазон 5-45С°. Однако не рекомендуется использование электрода с горячими или холодными жидкостями, особенно в точке закипания воды. Предназначен для многократного использования, может контактировать с тестируемой жидкостью непрерывно.

Модель	pF-1A
Диапазон изм-й	10-1-10-6M
Допустимая темп.	5-45С°
Примечания	Электрод фтора

 

Ионоселективный электрод pF-1B

 

Комплексный ионоселективный электрод pF-1B состоит из электрода для измерения концентрации ионов фтора в растворах и референтного электрода. Отличается очень широким диапазоном 10^-1-10^-6M и высокой чувствительностью, а также быстрым откликом. Широко применяется в лёгкой промышленности, а также организациями по защите окружающей среды при  при тестировании проб морской воды. Отлично может использоваться в бытовых условиях для решения рядовых задач. Отличается простотой в применении, не требующей специальных навыков или высокой квалификации. Подходит для любых устройств для измерения концентрации ионов, имеющих необходимый разъём. Концентрация свободных ионов меняется в зависимости от проходящих в веществе реакций. Возможны реакции с  выделением ионов и с захватом свободных ионов, поэтому ионоселективный электрод pF-1B нашёл такое широкое применение.

Температурный диапазон применения ионоселективного электрода pF-1B находится в пределах 5-45С°. Предназначен для многократного использования, может контактировать с тестируемой жидкостью непрерывно. Помните, что электрод pF-1B рекомендуется использовать только по назначению!

Модель	pF-1B
Диапазон изм-й	10-1-10-6M
Допустимая темп.	5-45С°
Примечания	Комплексный электрод фтора

 

Ионоселективный электрод pNH3-1

 

 

 

Ионоселективный электрод pNH₃-1 представляет собой комплексный электрод для измерения показателя рН, адаптированный под определение концентрации ионов аммония в растворах. Отличается расширенным диапазоном 10^-1-5х10^-6M и высокой чувствительностью, а также быстрым откликом. Нашёл своё применение в производстве удобрений, сельском хозяйстве, на насосных станциях центрального водоснабжения. Может также использоваться в домашних условиях для решения бытовых задач. Прост в применении, не требует специальных навыков или высокой квалификации. Подходит для устройств для измерения концентрации ионов, имеющих необходимый разъём. Концентрация свободных ионов меняется в зависимости от проходящих в веществе реакций, для наблюдения за которыми отлично подойдёт ионоселективный электрод pNH₃-1. Также возможно использование после прохождения реакции диссоциации для определения силы электролита.

Температурный диапазон применения ионоселективного электрода pNH₃-1 находится в пределах 5-45С°. Не рекомендуется использовать с высокотемпературными растворами. Помните, что электрод pNH₃-1 рекомендуется использовать только по назначению!

Модель	pNH3-1
Диапазон изм-й	10-1-5х10-6M
Допустимая темп.	5-45С°
Примечания	Электрод аммония

 

Ионоселективный электрод pCa-1

 

Высокочувствительный ионоселективный электрод рCa-1 с ПВХ покрытием разработан специально для определения количества ионов кальция в растворах по количеству захваченных ионов. Измерение происходит в диапазоне 10^-1-10^-5M. Применяется в дорожной и биохимической промышленности, а также для лучшей работы бойлеров. Электрод pCa-1 прост в использовании и легко подключается к любым устройствам, измеряющим концентрацию ионов с необходимым разъёмом. Концентрация свободных ионов меняется в жидкости в зависимости от проходящих в ней реакций. Наличие кальция в воде может также характеризовать определённый химический состав и пригодность её для использования, поэтому электрод данного типа также используется в медицине. Возможно также использование в быту для решения различных задач, поскольку для этого не требуется особых навыков или высокой квалификации.