Что такое ионоселективный электрод и какие особенности его использования?

Ионоселективные электроды широко применяются в разнообразных областях науки и техники. Они находят применение в задачах, где необходимо установить содержание ионов определенных элементов в электрохимических растворах.

С помощью данных устройств изучают комплексообразование и ассоциации ионов в химии, определяют содержание различных органических соединений в биомедицинских исследованиях и т.д.

Описание

Ионометрия на данный момент является достаточно широкой областью знаний, занимающей отдельную нишу в современной аналитической химии.

Как и в любом другом научном направлении, тут так же необходимо в ряде случаев привлекать различные методы исследования для решения тех или иных проблем. К одной из них относится необходимость определения содержания ионов в различных электролитических растворах.

Ионоселективные электроды – устройства, потенциал которых в электролите определяется содержанием ионов. Это позволяет использовать их для установления содержания ионов, а также контролировать и отслеживать его изменение во время различных процессов.

Если какая-либо реакция приводит к изменению исходного состава, то данные приборы позволят проанализировать такие процессы и детально их изучить.

Селективный электрод обладает рядом преимуществ, среди них:

• отсутствие воздействия на исследуемый раствор;
• портативность.

На данный момент существует большое количество классификаций подобных приборов. Однако наиболее правильным является разделение по типу используемой мембраны, а также особенностям применения устройства.

Назначение и принцип работы

Обычно ионоселективные электроды – приборы, главным компонентом которых является мембрана. Ее особенность заключается в проницаемости только для определенного иона.

Установив мембрану между двумя растворами, создастся разность потенциалов, состоящая из потенциала диффузии и межфазных скачков. В результате содержание возможно определить по измерению электродвижущей силе гальванического элемента.

Данный компонент состоит из исследуемого и эталонного раствора. Искомое значение содержания ионов вычисляется по формуле.

Стеклянные электроды в данном случае рассматриваются, как твердые электролиты. Их главной особенностью является участие в ионообменном взаимодействии с раствором.

Существуют устройства не только с твердой, но и с жидкой, а также пленочной мембраной. Селективность второго типа определяется комплексообразованием между мембраной и электролитическим раствором.

Конечно же, тот факт, что мембрана пропускает через себя только один конкретный тип иона, идеализирован. На самом деле она проницаема также и для других элементов, которые называются посторонними или мешающими.

Тем не менее избирательность к определяемому и мешающему иону у электрода различна. Этот параметр определяется так называемым коэффициентом селективности.

Таким образом, принцип работы основан на измерении потенциала внутримембранных межфазных скачков. Благодаря высокой селективности, данные устройства широко применяются в медицине, химии, для контроля загрязнения воздуха, анализа грунта и так далее.

Особенности использования

Ионоселективные электроды являются неотъемлемыми приборами в решении многих научных и технических задачах. В зависимости от ситуации выбирается определенный тип устройства.

По функциональности их разделяют на измерительные, вспомогательные, комбинированные. В первом случае они способны работать, как индикаторы и измерители.

Вспомогательные работают в паре с измерительными, и служат для сравнения показаний со стандартным раствором. Комбинированный тип сочетает в себе функциональность приведенных выше вариантов.

По типу мембраны выделяют несколько вариантов устройств. Это могут быть твердые, жидкостные, газовые и энзимные электроды.

В первом случае используются кристаллы солей труднорастворимых в воде. Основой жидких мембран являются растворы ионообменных веществ. Это могут быть жидкие катионы и анионы, а также хелатные соединения.

Газовый включает в себя два электрода. Один из них – ионоселективный, а второй – вспомогательный. Они контактируют со вспомогательным раствором, отделенного прослойкой из газа или же гидрофобной мембраной. К преимуществам данных устройств можно отнести длительный срок службы.

История данных электродов берет свое начало, как это ни удивительно, с физиологических исследований. Еще в середине девятнадцатого века ученые обнаружили, что между различными частичками организмов появляется электрохимический потенциал.

Уже в конце девятнадцатого века были созданы первые простейшие мембраны, позволяющие понять процессы, происходящие в сложных мембранах.

В пятидесятых года прошлого века были изготовлены и первые стеклянные электроды. Они позволяли определять содержание ионов H₂.

Практическое использование данных приборов стало возможным только в двадцатых годах прошлого столетия. Позже были изготовлены устройства, в основе принципа работы которых лежали щелочные металлы.

Данные устройства портативны и просты в использовании. Кроме того, подобные приспособления не оказывают никакого воздействия на исследуемые объекты. Благодаря таким существенным преимуществам их широко применяют в различных научных целях.

Следует отметить, каждый электрод предназначен для определения конкретного элемента. Также различные типы устройств предназначены для работы в определенных условиях. Таким образом, в каждой конкретной задаче необходимо использовать прибор, предназначенный для измерения необходимых параметров.

На данный момент существует большое множество подобных приспособлений, так что их можно выбрать для любых целей.

При выборе электрода не стоит забывать о том, что в зависимости от назначения и области использования они могут подключаться к различным устройствам.

Если речь идет о приспособлениях общего назначения, то их можно подключать к разным приборам. А вот устройства специального назначения могут работать только с конкретными аппаратами и использоваться только в определенных условиях.

Итог

Ионоселективные ионы – важные элементы, используемые в разнообразных областях человеческой деятельности для измерения содержания ионов в растворах. Их главное преимущество – отсутствие взаимодействия с раствором во время проведения измерительных работ.

Они широко применяются в качестве детекторов при контроле, в исследования комплексообразования, в различных медико-биологических исследованиях и т.д.