离子选择性电极的工作原理

Question

如题所述

Answer 1

1. 离子选择性电极分析原理基于膜电势测定溶液中特定离子的活度或浓度。当敏感膜与含目标离子的溶液接触时，膜电势与离子活度直接相关。离子选择性电极作为半电池，需与参比电极配合使用，以形成完整的电化学电池。在稳定条件下，电池电动势的变化反映了电极膜电势的变化，进而通过电势法测量溶液中特定离子的活度。
2. 离子选择性电极的关键特性参数包括选择性、测量动态范围、响应速度、准确度、稳定性和寿命。敏感膜为选择性透过膜，对不同离子的穿透具有相对选择性。选择性系数Kij越小，电极的选择性越好，通常要求其值低于10^-3。测量动态范围宽泛，多数电极响应范围可达到10^-7mol/L。响应时间从几毫秒到几分钟不等。理论计算表明，1mV的测量误差会导致±4％的浓度相对误差。稳定性涉及漂移和重复性，优质电极在10^-3mol/L溶液中，24小时电位漂移应小于2mV。重复性指在25±2℃时，电极由10^-3mol/L溶液转换至10^-2mol/L溶液，三次测量电位的平均偏差。
3. 离子选择性电极测定离子所需的设备简单，便于现场自动连续监测和野外分析。能够分析有色溶液和混浊溶液，通常无需化学分离，操作简便迅速。能够分辨不同离子的存在形态，尤其在阴离子分析方面具有显著优势。该技术已广泛应用于工业分析、临床化验、药品分析、环境监测等多个领域，并作为研究热力学、动力学、配位化学的重要工具。
4. 极谱分析法依据扩散电流和半波电压进行定量与定性分析。滴汞电极因汞滴持续下滴，表面新鲜，吸附杂质少，重现性好。在酸性溶液中，由于氢在汞上的超电位较大，滴汞电极电位可降至1.3 V（vs SCE）而不产生氢气，从而实现极谱分析。滴汞电极的优点还包括汞易提纯，有利于保证重现性和准确度。然而，滴汞电极存在汞毒性和残余电流较大的缺点。
5. 原子发射光谱法（AES）和原子吸收光谱利用元素的特征光谱进行定性与定量分析。分子荧光光谱分析基于物质分子受光照射时所发生的荧光特性。分子吸收光谱则是基于不同物质分子对光子的选择性吸收。
6. 原子荧光光谱分析属于原子发射光谱的一种，利用原子或离子在特定条件下受激发射特征光谱进行分析。色谱法依据组分在两相中作用能力的差异进行分离和定量分析。紫外吸收光谱描述了分子中电子跃迁产生的吸收光谱，并可通过伍德沃德和费塞尔规则估算化合物紫外吸收λmax的位置。