Кіріспе
Ерітіндідегі иондық концентрация датчигі Иондық селективті электрод (ISE), сондай-ақ спецификалық иондық электрод (SIE) деп аталады, ол ерітіндіде еріген белгілі бір ионның концентрациясының өзгеруін электр потенциалына айналдыратын түрлендіргіш (немесе сенсор). Кернеу теориялық тұрғыдан Нерст теңдеуіне сәйкес иондық активтіліктің логарифміне тәуелді. Иондық селективті электродтар аналитикалық химияда және биохимиялық/биофизикалық зерттеулерде қолданылады, онда сулы ерітіндідегі иондық концентрацияны өлшеу қажет.
An ion selective electrode (ISE), also known as a specific ion electrode (SIE), is a transducer (or sensor) that converts the change in the concentration of a specific ion dissolved in a solution into an electrical potential. The voltage is theoretically dependent on the logarithm of the ionic activity, according to the Nernst equation. Ion selective electrodes are used in analytical chemistry and biochemical/biophysical research, where measurements of ionic concentration in an aqueous solution are required.
Ионды іріктейтін мембрананың түрлері
Иондық селективті электродтарда (ИСЭ) қолданылатын иондық селективті мембрананың төрт негізгі түрі бар: шыны, қатты күйдегі, сұйық негіздегі және құрама электрод.
Шыны мембраналар
Шыны мембраналар ион алмасу түріндегі шыныдан (силикат немесе халькогенид) жасалады. Бұл типтегі ISE жақсы селективтілікке ие, бірақ тек бір зарядталған бірнеше катиондарға ғана; негізінен H+, Na+ және Ag+. Халкогенид шынысы Pb2+ және Cd2+ сияқты екі зарядталған металл иондарына да селективті болады. Шыны мембранасы химиялық тұрақтылығы жоғары және өте агрессивті ортада жұмыс істей алады. Бұл типтегі электродтың кең таралған мысалы – pH шыны электроды.
Кристалдық мембраналар
Кристалл мембраналар бір заттан тұратын моно- немесе поликристаллиттерден жасалады. Олардың таңдау қабілеті жоғары, себебі электродтың реакциясына әсер ете алатын иондар – кристалл құрылымына енуге қабілетті иондар ғана. Бұл, осы типтегі электродтар мен шыны мембраналы электродтардың арасындағы маңызды айырмашылық. Ішкі ерітіндінің болмауы потенциалдардың түйісуін азайтады. Кристалл мембраналардың селективтілігі мембрананы құрайтын заттың катиондары мен аниондарына қатысты болуы мүмкін. Мысалы, фторға селективті электродты LaF3 кристалдары негізге алады.
Ион алмастырғыш смола мембраналары
Ион алмастырушы смолалар арнайы органикалық полимер мембраналарға негізделген, олардың құрамында белгілі бір ион алмастырушы зат (смола) бар. Бұл – ионға селективті электродтардың ең көп таралған түрі. Нақты смолаларды пайдалану арқасында бір немесе көп атомды ондаған түрлі иондарға селективті электродтар жасауға болады. Олар сондай-ақ аниондық селективтілігі бар ең көп қолданылатын электродтар. Дегенмен, мұндай электродтардың химиялық және физикалық тұрақтылығы төмен, сонымен қатар қызмет ету мерзімі де шамалы. Мысалы, ион алмастырушы агент ретінде валиномицинге негізделген калийге селективті электрод.
Фермент электроды
Энзимдік электродтар нақты иондық таңдау электродтары емес, бірақ көбінесе иондық таңдау электродтарының саласына жатқызылады. Мұндай электродтың "қос реакция" механизмі болады – фермент белгілі бір затпен реакцияласады, ал осы реакцияның нәтижесі (әдетте H+ немесе OH−) нақты иондық таңдау электродтарымен, мысалы, pH таңдау электродтары арқылы анықталады. Бұл барлық реакциялар нақты иондық таңдау электродын жабатын арнайы мембрананың ішінде өтеді. Сондықтан энзимдік электродтар кейде иондық таңдауға қабілетті деп есептеледі. Мысалы, глюкозаны таңдап алатын электрод.
Көшпенді металдар ISE
Li+, Na+, K+, Rb+ және Cs+ әрбір сілті металл ионына арналған ерекше электродтар жасалды. Бұл электродтардың жұмыс принципі – сілті металл ионының ион мөлшеріне сай келетін молекулалық қуысқа қапталдалуы. Мысалы, калий ионының концентрациясын анықтау үшін валиномицинге негізделген электрод қолданылуы мүмкін.