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1、内蒙古科技与经济NEIMENGGUKEJIYUJINGJI应用技术离子选择性电极的工作原理阎秉峰(包头轻工职业技术学院,内蒙古包头014045)摘要:本文通过对膜电势理论、玻璃电极工作原理、固体膜电子选择性电极和液体膜电子选择性电极工作原理的阐述,为分析检测各种离子提供了理论依据和检测方法。关键词:离子;选择性电极;工作原理中图分类号:TQ151文献标识码:A文章编号:10076921(2005)03010603离子选择性电极是一种对某种特定的离子具有饱和甘贡电极),两个溶液的溶
2、质为同一种电解质,+选择性的指示电极。如玻璃电极就是对H离子具但浓度不同。上述原电池就成为一浓差电池。膜的+有选择性的电极,是测定PH值最常用的H离子浓各个部分的组成和结构完全相同和均匀,此原电池度的指示电极。玻璃电极于1906年问世以来,已有的膜电势就像浓差一样与溶液中离子的浓度(活度)+-近百年的历史。之后又相继出现了对Na、Cl、相关:-+I、Ca等离子敏感的指示电极。但是离子选择性RTa(1)膜=ln(11)ZFa(2)电极的迅速发展还是20世纪60年代以后的事。目前,已有几十种离子选择性电极投入使用,这是
3、近年式中膜为膜电势;Z为电荷数(或溶液中离子的价态);F为法拉第常数;R摩尔气体常数;T为热来迅速发展起来的一种新型的测量和检测工具。由于用离子选择性电极测量所用设备简单,操作方便,力学温度;a(1)、a(2)分别为两溶液中同种离子浓度而且能快速连续测定,在工业自动分析,环境监测方(实际应为活度),其中一个溶液为已知离子浓度(活面得到广泛应用。现在已做成的酶电极、细菌电极,度)的标准溶液,而膜的另一边的溶液中离子的浓度在医疗卫生和病理上得到广泛的应用。一种离子的(活度)为未知的。膜电势膜将随未知离子浓度选择性电极
4、是专门用来测量溶液中这种特定离子浓(活度)的值的不同而改变。所以只要测定上述原电度(实际应为活度)的指示电极。各种不同的离子选池的电动势就可以计算出该膜的膜电势膜,根据择性电极的工作原理大体是相似的。上式就可以求出非标准溶液中离子的浓度(活度)。1膜电势2玻璃电极离子选择性电极的应用决定于其膜电势的测玻璃电极是对氢离子敏感的指示电极,它是由定。膜电势是一种相间电势。所谓相间电势是指不特种玻璃膜制成的球形薄膜。此种玻璃膜的组成同两相接触,并发生带电粒子的转移,待达到平衡为:SiO272%,Na2O22%,CaO6%。
5、用此种玻璃膜后,两相间的电势差。把pH值不同的两溶液隔开,膜电势的值由两边溶膜可以是固体的也可以是液体的。有的能让离液的pH差值决定。如果固定一边溶液的pH值,则子通过,如细胞膜和渗透膜;有的不能让离子直接通整个膜电势只随另一边溶液的pH值变化,因此,用过,如玻璃膜。无论何种类型的膜其膜电势是不能它制成氢离子指示电极。在球形玻璃膜内放置一定单独直接测定出来的。但可以通过测定电化学电池pH值的缓冲溶液,或0.1MHCl溶液。并在溶液中(即原电池)的电动势而计算出来的。例如:浸入一支Ag-AgCl电极(称为内参比电极)。使用
6、电极A
7、溶液(1)
8、膜
9、溶液(2)
10、电极B时与另一电极如甘汞电极一起插入待测溶液中组成(A电极电势)膜电势)(B电极电势)原电池:Ag,AgCl(S)
11、HCl(0.1M)
12、玻璃薄膜
13、待测其中膜电势是膜两边溶液(1)和溶液(2)之间的溶液
14、甘汞电极相间电势差。设A、B电极为同一可逆参比电极(如在25时,该电池的电动势E可通过实验测收稿日期:2005年1月10日106内蒙古科技与经济应用技术NEIMENGGUKEJIYUJINGJI得,并已知:少量有限的电量通过玻璃膜,即电荷通过整个玻璃E=(甘汞)-
15、(玻璃)(1)膜进行迁移。电荷可由离子交换通过溶液与溶胀层25时摩尔甘汞电极的(甘汞)为0.2801V,的界面,继续在溶胀层中扩散。溶胀层中的扩散系0(玻璃)=(玻璃)-0.05916pH,将(甘汞)和数是干玻璃的1000倍。已有实验证明,电荷可以在(玻璃)代入上式得:干玻璃中扩散,但没有一个氢离子能透过干玻璃层0E-02801+(玻璃)的全部厚度。电荷在干玻璃中的交换机理是进行电pH=(2)005916量的迁移。每个电荷载体把它的能量传给另一个载0(2)式中(玻璃)对给定的玻璃电极为一常体,
16、仅仅需移动几个原子直径的距离。由于溶胀层数。对不同的玻璃电极,由于玻璃的组成、制作、处中的氢离子浓度与所接触溶液的氢离子浓度不相0理不同,所以它们的(玻璃)也不同。此外对于同等,,因而形成了膜电势(膜)。(玻璃)与待测溶0一个玻璃电极而言,各次使用时,(玻璃)也会不液的pH值有如下关系(在25时):同。因此
