ISE:n ioniselektiiviset elektrodit

Miksi haluaisin mitata spesifisiä ioneja?

Ioniselektiiviset elektrodit (ISE) ovat anturiluokka, joka reagoi tiettyjen ionien, kuten natriumin (Na+) tai bromidin (Br), läsnäoloon. Niitä käytetään yhdessä referenssielektrodin kanssa, ja ne ilmoittavat ionipitoisuudet mg/l:nä.

Yleisimmät ISE:t mittaavat ammoniumia (NH4+), nitraattia (NO3-) tai kloridia (Cl-). Ammonium ja nitraatti ovat tärkeitä, koska ne ovat typpipohjaisten ravinteiden indikaattoreita. Niitä käytetään usein havaitsemaan jätevedenpuhdistamoiden tai maataloustoiminnan aiheuttamaa saastumista. Kloridimittauksia käytetään usein indikaattoreina merivedestä tai muista saastumislähteistä peräisin olevasta saastumisesta, jonka kloridipitoisuudet ovat korkeammat kuin luonnollisissa vesissä odotettavissa. Saatavilla on noin 30 muuta ISE-mittausta, joista jotkut toimivat paremmin kuin toiset.

Muutokset pitkäaikaisissa ominaisionien kehityssuuntauksissa voivat olla merkki siitä, että vettä ja sen saastumislähteitä on tutkittava yksityiskohtaisemmin.

Miten spesifiset ionit mitataan?

On olemassa kahdenlaisia ISE:itä. Kiinteät ISE:t on valmistettu kiinteästä materiaalista. Esimerkkinä voidaan mainita kloridianturi, joka on vain pieni pala hopeaa. Erilaiset kloridi-ionipitoisuudet tuottavat hopean pinnalla erilaisia jännitepotentiaaleja, ja nämä jännitteet mitataan käyttämällä samaa vertailuelektrodia kuin pH-anturi.

Nestemäisen kalvon ISE:t koostuvat ohuesta polymeerikalvosta, joka peittää elektrolyytin, joka sisältää elektrodilangan. Kalvo on ”seostettu” erilaisilla materiaaleilla, jotka reagoivat tiettyjen ionien läsnäoloon luomalla jännitepotentiaalin, joka liittyy ionin pitoisuuteen. Kuten kiinteän olomuodon ISE:ssä, nämä jännitteet mitataan käyttämällä samaa vertailuelektrodia kuin pH-anturissa.

Valitettavasti monet spesifiset ionisensorit eivät ole erityisen spesifisiä. Esimerkiksi ammonium-ISE:t kärsivät häiriöistä, joita aiheuttavat ionit, joilla on samanlainen koko ja varaus (+1). Kalium on (yleensä) vähäinen häiriötekijä makeassa vedessä, mutta merivedessä natriumionit aiheuttavat usein väärän lukeman, jopa 12 mg/l-N ammoniumia, vaikka ammoniumia ei olisikaan.

Tästä syystä ammonium- ja nitraattianturit eivät toimi merivedessä.

Näytteenottoveden pH vaikuttaa joihinkin ionilajeihin. Esimerkiksi ammonium muuttuu ammoniakkikaasuksi (NH3) korkeassa pH:ssa (ammoniumammoniakin pKa on 9,3). Tämä ilmiö ei liity ISE:n toimintaan, mutta mittaamalla ammoniumia ISE:llä ja mittaamalla pH:ta voidaan laskea ammoniakkipitoisuus ja kokonaisammoniakkipitoisuus (ammonium plus ammoniakki) yksiköissä mg/l-N (eli mg/l typpeä riippumatta siitä, onko se ammoniumin vai ammoniakin muodossa). Tämä on kätevää, kun toimitaan korkeassa pH:ssa, jossa on todennäköisesti sekä ammoniakkia että ammoniumia.

ISE:t on helppo kalibroida, ellet halua tehdä sitä oikein. Tarkkuuden lisäämiseksi tarvitaan nelipistekalibrointi – kaksi konsentraatiota kahdessa lämpötilassa. Useimmat ihmiset valitsevat sen sijaan kalibroinnin kahdella pitoisuudella lämpötilassa, joka on lähellä sitä lämpötilaa, joka on odotettavissa todellisissa mittauksissa. Noudata laitteen ohjeita. Kalibrointistandardeja on saatavilla monille eri pitoisuuksille.

Useimmat ISE:t ruuvataan vastaanottimeen yksinkertaisella o-rengastiivisteellä. Näin anturikärjet on helppo vaihtaa, kun niiden käyttöikä on kulunut loppuun. Rev – 9.20 Katso alla oleva kohta ”Aktiivisuuden ja konsentraation ero ioniselektiivisten elektrodien kalibroinnissa”, jotta ymmärrät, miten kalibrointistandardeja käytetään.

Mitä minun pitäisi tietää ISE-mittauksista kentällä?

ISE:llä on taipumus ajautua kauas tarkkuusvaatimuksista ennen kuin niihin ehtii kertyä likaantumista. Kunkin käyttäjän on arvioitava ISE:n suorituskyky tietyissä tilanteissa määrittääkseen, kuinka kauan ISE voi toimia ennen kuin haluttu tarkkuusalue ylittyy. ISE:n ei kannata antaa kuivua, joten aseta anturin säilytysmaljaan pieni määrä hanavettä 100 %:n kosteuden varmistamiseksi.