ISE:s jonselektiva elektroder

Varför skulle jag vilja mäta specifika joner?

Jonselektiva elektroder (ISE) är en klass av sensorer som reagerar på närvaron av specifika joner, t.ex. natrium (Na+) eller bromid (Br). De används tillsammans med en referenselektrod och rapporterar jonkoncentrationer i mg/l.

De vanligaste ISE:erna mäter ammonium (NH4+), nitrat (NO3-) eller klorid (Cl-). Ammonium och nitrat är viktiga eftersom de är indikatorer på kvävebaserade näringsämnen. De används ofta för att upptäcka föroreningar från avloppsreningsverk eller jordbruksverksamhet. Kloridmätningar används ofta som indikatorer på förorening från havsvatten eller andra föroreningskällor som innehåller kloridnivåer som är högre än vad som förväntas i naturliga vatten. Det finns cirka 30 andra ISE:er tillgängliga; vissa fungerar bättre än andra.

Förändringar i långsiktiga trender för specifika joner kan signalera behovet av mer detaljerade kemiska studier av vattnet och dess föroreningskällor.

Hur mäts specifika joner?

Det finns två typer av ISE:er. ”Solid-state” ISE:erna är konstruerade av ett fast material. Ett exempel är kloridsensorn, som inte är mycket mer än en liten bit silver. Olika koncentrationer av kloridjoner ger upphov till olika spänningspotentialer på silverytan, och dessa spänningar mäts med samma referenselektrod som en pH-sensor.

ISE med ”flytande membran” är uppbyggda av ett tunt polymermembran som täcker en elektrolyt som innehåller en elektrodtråd. Membranet är ”dopat” med olika material som reagerar på närvaron av specifika joner, återigen genom att skapa en spänningspotential som är relaterad till jonens koncentration. Och precis som med solid-state ISE mäts dessa spänningar med samma referenselektrod som en pH-sensor.

Tyvärr är många specifika jonsensorer inte särskilt specifika. Ammonium ISE:er, till exempel, störs av joner med liknande storlek och laddning (+1). Kalium är en mindre störning (vanligtvis) i sötvatten, men i havsvatten orsakar natriumjoner ofta en falsk avläsning på upp till 12 mg/l-N ammonium även om det inte finns något ammonium närvarande.

Av denna anledning fungerar inte ammonium- och nitratsensorer i havsvatten.

Vissa jonslag påverkas av pH-värdet i provvattnet. Ammonium omvandlas t.ex. till ammoniakgas (NH3) vid högt pH-värde (pKa för ammoniumammoniak är 9,3). Detta fenomen är inte relaterat till ISE-drift, men genom att mäta ammonium med en ISE och mäta pH kan du beräkna ammoniakkoncentrationen och total ammoniak (ammonium plus ammoniak) i enheter om mg/L-N (det vill säga mg/l kväve, oavsett om det är i form av ammonium eller ammoniak). Detta är praktiskt vid höga pH-värden där det sannolikt förekommer både ammoniak och ammonium.

ISE:er är lätta att kalibrera om man inte vill göra det på rätt sätt. Det innebär en fyrpunktskalibrering för högre noggrannhet – två koncentrationer vid två temperaturer. De flesta väljer i stället att kalibrera med två koncentrationer vid en temperatur som ligger nära den som förväntas vid de faktiska mätningarna. Följ instrumentets anvisningar. Det finns kalibreringsstandarder för många olika koncentrationer.

De flesta ISE:er skruvas fast i en mottagare med en enkel o-ringstätning. Detta gör det enkelt att byta ut sensorspetsarna när deras livslängd är slut. Rev – 9.20 Se nedan, ”Skillnaden mellan aktivitet och koncentration vid kalibrering av jonselektiva elektroder” för att förstå hur kalibreringsstandarder används.

Vad bör jag veta om ISE-mätning i fält?

ISE:er tenderar att driva långt utanför noggrannhetsspecifikationen innan de kan ackumulera nedsmutsning. Varje användare måste bedöma ISE:ns prestanda i särskilda situationer för att avgöra hur länge en ISE kan användas innan den överskrider önskat noggrannhetsområde. Det är bäst att inte låta din ISE torka ut, så placera en liten mängd kranvatten i sensorns förvaringskopp för att säkerställa 100% luftfuktighet.