离子电极知识大全

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  离子电极*概 述

  离子电极是以敏感膜为基础的电化学传感器,这层膜是使电极对特定离子有选择性响应的元件。而离子电极主要是用于测量溶液内特定离子的电势,该电势是参照一支电位恒定的参比电极测出的,两支电极之间的电势差取决于溶液内某一特定离子的活度。此活度和该特定离子的浓度有关,因而可以对该离子进行分析测量。

  离子电极可以测试多达十几种离子 如:Br, Cd+, Ca2+, Cl-, Cu2+, F-, I-, Pb2+, Mn-, K+, Na+, Ag+ , S2-, SCN-, NH3, NO3- 。目前,在生物医学检验中的应用非常广泛,也越来越受到检验人员的重视,国内每年发表ISE法在医学检验中应用的研究论文达百篇以上。然而,由于离子选择电极本身及其仪器的性能特点,影响ISE法测定的因素很多,必须引起足够的重视。

  离子电极*分 类

  离子电极*应 用

  离子选择性电极是一种简单、迅速、能用于有色和混浊溶液的非破坏性分析工具,它不要求复杂的仪器,可以分辨不同离子的存在形式,能测量少到几微升的样品,所以十分适用于野外分析和现场自动连续监测。与其他分析方法相比,它在阴离子分析方面特别具有竞争能力。电极对活度产生响应这一点也有特殊意义,使它不但可用作络合物化学和动力学的研究工具,而且通过电极的微型化已被用于直接观察体液甚至细胞内某些重要离子的活度变化。离子选择性电极的分析对象十分广泛,它已成功地应用于环境监测、水质和土壤分析、临床化验、海洋考察、工业流程控制以及地质、冶金、农业、食品和药物分析等领域。

  离子电极*测试方法

  直接测试法:在线性范围内用一到两点校正,在整个范围内用六点校正,建立一条校正曲线,是一种最优的标准方法。

  已知添加法:针对高浓度且浓度不定的样品

  样品添加法:针对离子浓度很高的样品

  空白值校正:用于低浓度测试的一种特殊方法。

  样品减少法:针对只能间接测试的样品,往样品中加入部分样品或标准液,直到电位变化到一定值,输入加入的体积,pMX3000(旧 仪器)自动计算出样品离子浓度。

  已知添加法二次添加:一种最优的测试高离子浓度或温度不同的样品。

  已知减少法:待测离子与标准液反应,生成沉淀或络合物,用此方法可替代复杂的滴定过程。

  离子电极*分析技术

  主要有两类方法:

  ①直接电势法,通过测量电势,由校正曲线或计算法求得待测物的浓度。为使样品和标准溶液中的离子的活度系数一致,要加入含高浓度惰性电解质的离子强度调节缓冲液。

  ②电位滴定法,利用离子选择性电极作为电位滴定的指示电极,它能达到与一般容量法相同的高准确度。由于可用电极指示待测离子和滴定剂离子甚至指示剂离子的浓度变化,所以该法扩大了电极的应用范围。

  离子电极*选择方法

  几款不同类别的感应电极可供选择:

  根据制作电极的膜材料的性质可对离子选择性电极进行分类,就是这层膜决定了电极可以对某一特定离子进行选择。

  1. 聚合体膜电极(有机离子交换及螯合剂)

  聚合体膜电极由各类离子交换材料加入如PVC、聚乙烯、聚氨酯或硅橡胶等惰性载体构成。膜形成后即封到PVC管的端口上,膜表面形成的电势和所测离子的浓度相关。这一类型的电极包括钾离子、钙离子、氟硼酸根、硝酸根、高氯酸根离子选择性电极和水硬度测试电极。

  2. 固态电极

  固态电极膜内使用的是相对不可溶的无机盐。固态电极以同类和异类方式存在。这两种类型都由于离子交换过程而在膜上形成电势。此类电极包括银/硫离子、铅离子、铜离子、氰化物、硫氰酸根、氯离子和氟离子选择性电极。

  3. 气体感应电极

  气体感应电极用来测量诸如氨气、二氧化碳、溶氧、氧化氮、二氧化硫和游离氯气等溶解气体。此类电极配有气体渗透膜和内部缓冲液,且其结构上不需要外参比电极。

  4. 玻璃膜电极

  玻璃膜电极是在二氧化硅玻璃载体里添加各种化学品做成的。最常见的玻璃膜电极是PH电极。玻璃膜电极也可用于测量钠离子。

  离子电极*ISE分析指南

  1 选择性问题

  理想的ISE应只对一种特定的离子具有能斯特响应,但实际上电极对被测溶液中其他共存离子也有响应,即意味着测定结果的电极电位是溶液中多种离子的电极电位的总和,例如S2+干扰Cl-、Br-、I-的测定,Br-、I-、SCN-等干扰Cl-的测定。能够排除所有其他离子的干扰而只对某一种离子有响应的电极很少见。考虑到这一情况,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)建议使用“电位选择性系数(Kpol)”这一术语,通过简称为选择性系数,用Ki.j表示干扰离子j对被测离子i的干扰程度。

  选择性系数的定义是:当其他条件相同时,能产生相同电位的待测离子活度ai和干扰离子适度aj的比值,即ai/aj,其值总是小于1。显然,Ki.j越小越好。如果某一电极对两种不同离子具有相同的响应,即选择性系数为1.00。例如,一个pH玻璃电极对Na+选择性系数KH,Na=10-11,即指电极对H+的响应比对Na+的响应灵敏1011倍。可见当选择性系数远小于1小时,说明该电极的选择性好,这样干扰离子与待测离子的活度相比,就显得无关紧要了。如果知道了Ki.j值和干扰离子活度,便可估计出干扰离子对待测离子的测定值造成的误差。可见Ki.j是衡量离子选择性电极的选择性的主要性能指标,也是评价电极性能的主要指标。

  测定选择性系数的方法已相当成熟。尽管电极并不只对某特定离子特异响应,但只要知道了选择性系数和干扰的方式,将其用于分析还是可行的。在生物样品中为了避免电极选择性的非特异性的影响,常仿照生物样本的离子组成特性配制标准溶液以减少非特异性的选择性对实验结果的影响。

  2 离子强度

  ISE最终结果是测得待测离子的活度ai,测定目的则是离子浓度ai,aj=rici,ri为活度系数,是溶液中总离子强度(I)的函数,因此必须设法保持测定各试液(标准液与待测液)之间离子强度的一致。文献报道离子强度可影响血液iCa2+的测定。常用的解决方法有:①恒定离子背景法。在分析液中除待测离子外还含有一种含量高而且基本恒定的其他离子。②总离子强度校准的缓冲剂法(total ionic strength adjnstment buffer,TISAB)。加入一种以惰性盐为成分的离子强度校准剂,使标准液和测试液的离子强度保持在相同的水平。有时还要加入pH缓冲剂、消除干扰的隐蔽络合剂等,以保持一定的离子强度和pH值。

  国内很多关于ISE法自配试剂的研究报道,降低了测定成本,据说其测定结果与用仪器原配试剂测定结果间无差异。但各文献报道中的试剂配方都非常简单,仅列出了主要试剂成分及含量。读者不能从中知道试剂中的防腐剂、稳定剂、表面活性剂的种类与用量;不知道该试剂的离子强度、缓冲剂种类与pH值、渗透压;不知道配制该试剂的实验室条件与要求。因而无法验证此类报道。不同的缓冲剂不仅可能影响测定结果,而且在不同pH值时的缓冲效果与储存稳定性都不一样。再则,各种ISE法所用试剂往往同时兼作标准溶液,各自配试剂作为标准液无法溯源。总之,各种自配试剂读者无法重复、验证,因而这方面的报道也宜谨慎。

  3 溶液pH值

  每种离子选择性电极都有一定的适用pH范围,超出该范围,就会偏高E-lga的线性关系,引起测定误差。有效pH范围大的电极的适用范围也大。溶液pH值时ISE法定量分析的影响主要表现在以下方面:

  3.1 影响待测离子在溶液中的存在状态 例如:①当F-与H+共存时,H++3F-=HF+2F-=HF2-+F-=HF32-,当pH值降低时,平衡向右移动,形成氟氢根离子使游离F-活度降低。②pH值降低使Ca2+-Pr降低,从而使Ca2+升高。pH值每下降0.1,Ca2+可增加5%左右。

  3.2 影响电极敏感膜 pH值变化影响被测离子的表现浓度,如氟离子电极的单晶膜与溶液中的OH作用生成La(OH)3。LaF3+3OH-=La(OH)3+3F-,且LaF3与La(OH)3的溶解大致相当,反应随pH变化而左右移动,向右移动的结果使F-表现浓度增大,可用加入TISAB的方法加以解决,TISAB中的缓冲溶解可消除此影响。

  4 干扰

  ISE法测定的干扰因素众多,常见的干扰原因有:(1)溶液中的共存离子影响反应液的离子强度从而影响了被测离子的离子活度。(2)共存离子与待测离子形成络合物或发生氧化还原反应,导致待测离子数量的减少。如Al2+对F-虽无直接影响,但形成AlF63-络合离子使游离F-降低,造成负误差。(3)对电极的影响。○1电极对共存离子可发生响应,如S2-干扰C1-,可加Bi3-、Pb2+、Cd2+等金属沉淀S2+以消除干扰。许多一价阴离子都可对C1-测定产生干扰。○2干扰离子直接与电极膜作用。如SCN+可与AgBr形成AgSCN覆盖在Br+电极膜表面,造成电极测量的误差。

  有关ISE法干扰因素的报道很多,如:碘解磷定使K+测定结果降低,血液中的CO2浓度影响pH测定,蛋白质浓度可影响血液钠和离子钙的测定,离子强度的增加可使血液离子钙的测定产生正误差,VitC使血液Na+测定结果降低,防腐剂迭氮钠使Cl-测定结果升***gCl2使K+测定结果降低,甘草酸二铵使K+测定结果降低。

  常用消除干扰的方法有使用离子强度校准缓冲剂;加入隐蔽剂及氧化、还原剂,调节pH,在研究电极选择性的基础上预先分离干扰离子等。

  5 采样方式与抗凝剂

  枸橼酸盐、草酸、EDTA等抗凝剂不能用于钙的测定,高浓度肝素可使K+测定结果升高、iCa2+测定结果明显降低,文献推荐使用肝素锂,应避免溶血对K+测定的影响。离子钙的测定中,由于血液离体后CO2的丢失导致pH升高,使得蛋白质结合钙增加,进而影响了离子钙的测定,使离子钙测定结果降低。故离子钙的测定最好用肝素抗凝血、密封、隔绝空气保存并立即测定。

  离子电极*注意事宜

  ·离子测量前,需尽可能先查阅相关的技术文献,选择正确的离子测量方法和离子浓度计主机与电极

  ·由于各种溶液的成份不一样,离子价态也不一样,其温度系数也不一样,故分析仪要做对任何溶液都做出温度补偿那是办不到的,在进行离子浓度的精确测量时,需要将离子标准液和样品温度调节到同一温度

  ·离子浓度的测量,需要配合相应的离子强度调节剂和标准液

  离子电极*维护方法

  ② 定期清洗进样针和管道系统特别是盐类结晶和漏液可干扰仪器测量的电极电位。

  ②气体温化作用。应定期、及时地补充气化室的蒸馏水。在血气分析的PO2及PCO2的测定中由于标准气体中不可避免地含有一定量的水蒸汽压,造成测定结果的偏差。一般的血气分析仪都设计一个气化室,其中充有一定量的蒸馏水、标准气体先经过气化室再进入测量室,籍此统一测量条件,避免测量误差。

  ③定期更换仪器的泵管。

  ④确保仪器接地良好,最好使用不同断稳压电源(UPS)。

  离子电极*保养方法

  ① 定期更换电极膜和电极内充液,电极膜的安装要求平整、无渗漏,即使免保养电极,按本法进行维护也可延长使用寿命。电极长期使用后,因电极内充液的消耗而不能使用,我们将电极钻一小孔,灌入电极内充液后再用胶带封口,可有效延长该电极的使用寿命,充电极内液时一定要避免产生气泡,如有气泡,可用手指轻轻弹击电极,使气泡移动到电极的上部。

  ②定期进行去蛋白清洗及电极的活化。仪器长期使用后,蛋白质吸附在电极限上可改变电极电位,从而使定标失败或者影响测定结果。各厂家一般都配有去蛋白质清洗液,每天应按操作规程的要求进行去蛋白质清洗,几乎所有的去蛋白清洗液都对电极有一定的腐蚀性,不宜用其连续、多次的清洗,也不宜用其长期浸泡电极。文献介绍用细棉线穿过电板,然后轻轻地来回擦拭电极内壁,可擦除电极膜上附着的蛋白质。

  ③pH玻璃电极只有经水化作用才能反映H+浓度的变化即具有氩功能。所谓水化作用是指玻璃电极在使用前要在蒸馏水中浸泡24h,使玻璃电极表面膨胀变软形成水化胶层,否则测定结果不稳定甚至连数据也测不出来。使0.1mol/L稀盐酸,可缩短水化时间至2h左右,玻璃电极的内阻与温度呈负指数关系即其内阻随温度的降低而升高,所以玻璃电极不宜在5℃以下使用。由于玻璃电极的球泡很薄,其厚度小于0.1mm,使用和保存时要避免高温,当温度过高时(>60℃)球泡有可能因为内部气体膨胀而损坏。

  ④Na+玻璃电极要定期用专用的电极调整液(或称为电极活化剂)进行保养。电极调整液主要成分为Na+玻璃电极要定期用专用的电极调整液(或称为电极活化剂)进行保养。电极调整液主要成分为NaF。

  ⑤参比电极内充液主要是KCl,长期使用后可能会渗漏到电极表面,应定期将电极的外表面擦洗干净。

  ⑥Ag/AgCl电极要注意AgCl的沉积,定期同细砂纸擦除附在电极上的AgCl。