第四章 离子选择电极的种类

a) 基本讨论

离子选择电极有不同的形状和尺寸。每个生产商的产品都有其独特设计,很少生产商会提供关于电极内部结构以及离子选择膜组成的详细资料,因为这是控制电极性能的最重要的因素,通常被作为商业机密而严守。然而,各类电极仍具有一些共同特征,通常它们的直径是5mm 到15mm,长度是5到10cm的塑料型材制成的圆柱型的管。管的一端装上离子选择电极膜这样外部溶液只能其与电极外表面接触,管的另一端装上低噪音的连线或金盘探针使之与毫伏测量装置相连。在一些情况下,内部连接是由液体或凝胶电解质而成的,而其它一些情况则采用全固态体系。

目前离子选择膜仅限于几种常的离子。通过对商家产品目录的考查,以下是最通用的离子选择膜：

阳离子：铵(NH⁴⁺),钡(Ba²⁺),钙(Ca^2＋)镉(Cd²⁺),铜(Cu^2＋),铅(Pb^2＋),汞(Hg^2＋),钾(K⁺),钠(Na^＋),银(Ag⁺)。

阴离子：溴(Br^－),碳酸根(CO₃^2-),氯(Cl^－),氰根(CN^－),氟(F^－),碘(I^－), 硝酸根(NO₃^－),亚硝酸根(NO₂^－),高氯酸根(ClO₄^－),硫(S^2－),硫氰酸根(SCN^－)。

不同离子选择膜的选择和传输特定离子的方式差别甚大,在许多情况下是十分复杂的。详细解释每一个离子的特定机制远远超过了本指南的范围。对于分析工作者来说,需要掌握的是电极的使用属性,有关电极的制造工艺则完全是超出他们的工作范围和要求。然而,从知识性的角度来讲,一些读者也许会对其主要过程感兴趣。膜材料有两种类型,一种是以固态晶体为基质的单晶或多晶的压缩体；另一种是以充有作为离子载体的复杂有机分子的塑料或橡胶膜为基质。这些有机膜的发展是在生物学的研究中发展起来的,这些研究表明一些抗生素和维生素可以诱导阳离子穿透蜂窝状的膜。下面给出了就对每种类型的膜进行举例说明以及其所采用的技术。

b) 晶体膜电极,例如,氟离子

氟离子电极是晶体膜电极的一个典型例子。其晶体膜由单个氟化镧晶体组成的,是通过氟化铕释放而成从而减少了晶体阻抗。它对氟离子F^-的敏感度是100%,唯一对其产生干扰的是OH^－,因为OH^－会与晶体膜中氟化镧的镧发生反应,产出氢氧化镧从而释放出多余的氟离子F^-。在样品中加入pH缓冲液,使溶液的pH保持在4到8的范围,从而降低溶液中OH^－的浓度即可消除这一干扰。

c) 填充的聚氯乙稀膜电极,例如,钾

钾电极是最典型的聚氯乙稀膜电极,也是最早开发的简单离子电极之一。该膜通常为充有薄型大环抗生素菌株的薄盘状的聚氯乙稀。这一化合物具有一个六角环的结构,环中含有一个尺寸与钾离子直径相当的内腔。因此它能与钾离子形成复合物并将这一复合物导入膜内。遗憾的是这种选择性并非100％,它也可以导入少量的钠离子或铵离子。因此如果这些离子在溶液中浓度较高,则会使钾离子的测定产生误差。其它类型的离子选择电极也存在与此类似的局限性(见后面的“干扰”部分)。

离子选择膜还有其它几种颇为复杂的构造,关于它们的详细情况可以在专门的电化学书籍和生产商的产品介绍中有关离子载体部分找到。

d)离子选择电极的维护

处理离子选择电极时应十分小心，以免损伤膜表面。如果电极使用频繁，可以把它们简单地悬挂于电极支架上，让膜表面露置于空气中，外罩一个干净烧杯作为保护。如果要长期存放则应该把膜端用配备的橡胶或塑料帽套上，然后放进柜子或抽屉。经过多次使用之后，膜上可能会覆盖一些沉积物或表层损伤，这可能会导致响应变慢，变弱（低斜率）或读数不稳定。

晶体膜可以再生，这可以通过用乙醇清洗以及/或者用好的金刚砂纸擦除沉积物或污垢，然后用去离子水彻底清洗以除去残留的污物。在做完这些之后，应将它们在饱和的标准溶液中浸泡几分钟以重新获得稳定的读数。必须注意，应避免将晶体膜长时间浸泡于水溶液中，因为这会在晶体膜表面形成氧化物，导致其性能降低。相反地，聚氯乙稀膜甚至不能被碰触或打摩，只能用水喷洗，或者用乙醇清洗以除去沉积物，然后在标准溶液中长时间（几天）浸泡从而获得再生。

下一页 | 上一页 | 返回目录