《金屬材料成分分析技術(shù)》課件-離子選擇性電極的概述與分類

離子選擇性電極的概述離子選擇性電極一、離子選擇性電極的基本結(jié)構(gòu)離子選擇性電極（ISE）又稱膜電極。定義：僅對(duì)溶液中特定離子有選擇性響應(yīng)的電極；膜電極的關(guān)鍵：敏感元件（選擇膜）；敏感元件：?jiǎn)尉?、混晶、液膜、功能膜及生物膜等；膜電位：膜?nèi)外被測(cè)離子活度的不同而產(chǎn)生電位差。外參比電極‖被測(cè)溶液（ai未知）∣內(nèi)充溶液（ai一定）∣內(nèi)參比電極一、離子選擇性電極的基本結(jié)構(gòu)（敏感膜）二、離子選擇性電極的電極電位電極電位用能斯特方程形式表示：對(duì)陽(yáng)離子：對(duì)陰離子：三、離子選擇性電極的性能（一）膜電位及其選擇性若測(cè)定離子為i，電荷為zi，干擾離子為j，電荷為zj?？紤]到共存離子產(chǎn)生的電位，則膜電位的通式：三、離子選擇性電極的性能（二）線性范圍和檢測(cè)下限①線性范圍AB段對(duì)應(yīng)的檢測(cè)離子的活度（或濃度）范圍。三、離子選擇性電極的性能（二）線性范圍和檢測(cè)下限②靈敏度AB段的斜率：即活度相差一數(shù)量級(jí)時(shí)，電位改變的數(shù)值，用S表示。25℃時(shí)，一價(jià)離子S=0.0592V；二價(jià)離子S=0.0296V。離子電荷數(shù)越大，靈敏度越低。電位法多用于低價(jià)離子測(cè)定。三、離子選擇性電極的性能（二）線性范圍和檢測(cè)下限③檢測(cè)下限圖中AB與CD延長(zhǎng)線的交點(diǎn)M所對(duì)應(yīng)的測(cè)定離子的活度（或濃度）。離子選擇性電極一般不用于測(cè)定高濃度試液（＞1.0mol/L），高濃度溶液對(duì)敏感膜腐蝕溶解嚴(yán)重，也不易獲得穩(wěn)定的液接電位。三、離子選擇性電極的性能（三）響應(yīng)時(shí)間定義：將參比電極與離子選擇電極一起放到試液時(shí)起到電極電位達(dá)到穩(wěn)定值所需的時(shí)間。（1）待測(cè)離子到達(dá)電極表面的速率。攪拌可縮短響應(yīng)時(shí)間。（2）待測(cè)離子的活度?；疃仍叫?，響應(yīng)時(shí)間越短。（3）介質(zhì)的離子強(qiáng)度。加入大量非干擾離子時(shí)響應(yīng)較快。（4）敏感膜的厚度、表面光潔度等。膜越薄響應(yīng)越快；光潔度越好，響應(yīng)越快。

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先影響因素四、幾種常見(jiàn)的離子選擇性電極原電極敏化電極晶體膜電極非晶體膜電極氣敏電極酶電極均相膜電極非均相膜電極剛性基質(zhì)電極流動(dòng)載體電極離子選擇電極五、離子選擇性電極的優(yōu)缺點(diǎn)直接、非破壞性測(cè)量分析速度快設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用范圍廣自動(dòng)化程度高靈敏度高、測(cè)量范圍廣精密度有限工作曲線穩(wěn)定性不很好環(huán)境敏感

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先缺點(diǎn)測(cè)量范圍有限維護(hù)困難六、離子選擇性電極的應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)診斷以及科研教育等多個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用。六、離子選擇性電極的應(yīng)用例如離子選擇性電極被廣泛用于監(jiān)測(cè)水體中的重金屬離子（如鉛、鎘、銅等）、營(yíng)養(yǎng)鹽、酸堿度等，以評(píng)估水質(zhì)狀況及污染程度。離子選擇性電極可用于測(cè)量血液中的鉀、鈉、鈣、氯等離子的濃度，對(duì)于診斷電解質(zhì)失衡、腎臟疾病等具有重要意義。在藥物治療過(guò)程中，監(jiān)測(cè)患者體內(nèi)藥物離子的濃度，以調(diào)整用藥劑量，確保治療效果并減少副作用。1離子選擇性電極的基本構(gòu)造2電極電位3性能4分類5優(yōu)缺點(diǎn)6應(yīng)用離子選擇性電極的分類幾種常見(jiàn)的離子選擇性電極離子選擇電極原電極敏化電極晶體膜電極非晶體膜電極氣敏電極酶電極均相膜電極非均相膜電極剛性基質(zhì)電極流動(dòng)載體電極一、晶體膜電極（氟電極）結(jié)構(gòu)敏感膜：氟化鑭單晶，EuF2摻雜內(nèi)參比電極：Ag-AgCl電極（管內(nèi)）內(nèi)參比溶液：0.1mol/LNaCl—0.1mol/LNaF混合溶液。（F-用來(lái)控制膜內(nèi)表面的電位，Cl-用以固定內(nèi)參比電極的電位）。一、晶體膜電極（氟電極）工作原理LaF3的晶格中有空穴，在晶格上的F-可以移入晶格鄰近的空穴而導(dǎo)電。離子的大小、形狀和電荷決定其是否能夠進(jìn)入晶體膜內(nèi)，故膜電極一般都具有較高的離子選擇性。一、晶體膜電極（氟電極）工作原理當(dāng)氟電極插入到F-溶液中時(shí)，F(xiàn)-在晶體膜表面進(jìn)行交換。25℃時(shí)：E膜

=K-0.059lgaF-

=K+0.059pF

一、晶體膜電極（氟電極）工作原理使用條件：具有較高的選擇性，需要在pH5～7之間使用。pH高時(shí)，溶液中的OH-與氟化鑭晶體膜中的F-交換；pH較低時(shí)，溶液中的F-生成HF或HF2-。二、玻璃膜（非晶體膜）電極結(jié)構(gòu)敏感膜：玻璃膜，(x)M2O-(y)Al2O3-(z)SiO2內(nèi)參比電極：根據(jù)需要確定；內(nèi)參比溶液：根據(jù)需要確定。二、玻璃膜（非晶體膜）電極H+響應(yīng)的玻璃膜電極：敏感膜:20%Na2O-6%CaO-72%SiO2膜厚度:30-100μm內(nèi)參比電極：Ag-AgCl電極內(nèi)參比溶液：0.1mol/LHCl二、玻璃膜（非晶體膜）電極工作原理玻璃電極使用前，須在水溶液中浸泡，生成三層結(jié)構(gòu)，即中間的干玻璃層和兩邊的水化硅膠層。水化硅膠層厚度：0.01～10μm。在水化層，玻璃上的Na+與溶液中H+發(fā)生離子交換而產(chǎn)生相界電位。二、玻璃膜（非晶體膜）電極工作原理玻璃電極使用前，須在水溶液中浸泡，生成三層結(jié)構(gòu)，即中間的干玻璃層和兩邊的水化硅膠層。水化層表面可視作陽(yáng)離子交換劑。溶液中H+經(jīng)水化層擴(kuò)散至干玻璃層，干玻璃層的陽(yáng)離子向外擴(kuò)散以補(bǔ)償溶出的離子，離子的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生擴(kuò)散電位。兩者之和構(gòu)成膜電位。二、玻璃膜（非晶體膜）電極二、玻璃膜（非晶體膜）電極二、玻璃膜（非晶體膜）電極注意事項(xiàng)E膜

=E外

-E內(nèi)

=0.059lg(a（試）/a（內(nèi)））如果：a（試）=a（內(nèi)），則理論上E膜=0，但實(shí)際上E膜≠0產(chǎn)生的原因：玻璃膜內(nèi)、外表面含鈉量、表面張力以及機(jī)械和化學(xué)損傷的細(xì)微差異所引起的。長(zhǎng)時(shí)間浸泡后（24hr）恒定（1～30mV）；01.不對(duì)稱電位二、玻璃膜（非晶體膜）電極注意事項(xiàng)02.酸差：測(cè)定溶液酸度太大（pH<1）時(shí)，電位值偏離線性關(guān)系，產(chǎn)生誤差；03.

“堿差”或“鈉差”：pH>12產(chǎn)生誤差，主要是Na+參與相界面上的交換所致；04.特點(diǎn)：是不受溶液中氧化劑、還原劑、顏色及沉淀的影響，不易中毒；三、敏化電極（一）氣敏電極基于界面化學(xué)反應(yīng)的敏化電極；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在原電極上覆蓋一層膜或物質(zhì)，使得電極的選擇性提高。對(duì)電極：指示電極與參比電極組裝在一起。三、敏化電極（一）氣敏電極試樣中待測(cè)組分氣體擴(kuò)散通過(guò)透氣膜，進(jìn)入離子選擇電極的敏感膜與透氣膜之間的極薄液層內(nèi)，使液層內(nèi)離子選擇電極敏感的離子活度變化，則離子選擇電極膜電位改變，故電池電動(dòng)勢(shì)也發(fā)生變化。

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先工作原理氣敏電極也被稱為：探頭、探測(cè)器、傳感器。三、敏化電極（一）氣敏電極氨氣通過(guò)透氣膜溶解于中介液中，存在平衡：NH3+H2O

NH4++OH-

25℃時(shí)，玻璃電極的電極電位為：中介液中的H+活度：

||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||事先舉例：氨氣敏