离子选择性电极的工作原理阎秉峰�(包头轻工职业技术学院,内蒙古包头�014045)��摘�要:本文通过对膜电势理论、玻璃电极工作原理、固体膜电子选择性电极和液体膜电子选择性电极工作原理的阐述,为分析检测各种离子提供了理论依据和检测方法。关键词:离子;选择性电极;工作原理��中图分类号:TQ151��文献标识码:A��文章编号:1007�6921(2005)03�0106�03��离子选择性电极是一种对某种特定的离子具有选择性的指示电极。如玻璃电极就是对H+离子具有选择性的电极,是测定PH值最常用的H+离子浓度的指示电极。玻璃电极于1906年问世以来,已有近百年的历史。之后又相继出现了对Na+、Cl-、I-、Ca+等离子敏感的指示电极。但是离子选择性电极的迅速发展还是20世纪60年代以后的事。目前,已有几十种离子选择性电极投入使用,这是近年来迅速发展起来的一种新型的测量和检测工具。由于用离子选择性电极测量所用设备简单,操作方便,而且能快速连续测定,在工业自动分析,环境监测方面得到广泛应用。现在已做成的酶电极、细菌电极,在医疗卫生和病理上得到广泛的应用。一种离子的选择性电极是专门用来测量溶液中这种特定离子浓度(实际应为活度)的指示电极。各种不同的离子选择性电极的工作原理大体是相似的。1�膜电势离子选择性电极的应用决定于其膜电势的测定。膜电势是一种相间电势。所谓相间电势是指不同两相接触,并发生带电粒子的转移,待达到平衡后,两相间的电势差。膜可以是固体的也可以是液体的。有的能让离子通过,如细胞膜和渗透膜;有的不能让离子直接通过,如玻璃膜。无论何种类型的膜其膜电势是不能单独直接测定出来的。但可以通过测定电化学电池(即原电池)的电动势而计算出来的。例如:电极A|溶液(1)|膜|溶液(2)|电极B(A电极电势)�膜电势)��(B电极电势)其中膜电势是膜两边溶液(1)和溶液(2)之间的相间电势差。设A、B电极为同一可逆参比电极(如饱和甘贡电极),两个溶液的溶质为同一种电解质,但浓度不同。上述原电池就成为一浓差电池。膜的各个部分的组成和结构完全相同和均匀,此原电池的膜电势就像浓差一样与溶液中离子的浓度(活度)相关:�膜=RTZFlna(1)a(2)�(1�1)��式中�膜为膜电势;Z为电荷数(或溶液中离子的价态);F为法拉第常数;R摩尔气体常数;T为热力学温度;a(1)、a(2)分别为两溶液中同种离子浓度(实际应为活度),其中一个溶液为已知离子浓度(活度)的标准溶液,而膜的另一边的溶液中离子的浓度(活度)为未知的。膜电势�膜将随未知离子浓度(活度)的值的不同而改变。所以只要测定上述原电池的电动势就可以计算出该膜的膜电势�膜,根据上式就可以求出非标准溶液中离子的浓度(活度)。2�玻璃电极玻璃电极是对氢离子敏感的指示电极,它是由特种玻璃膜制成的球形薄膜。此种玻璃膜的组成为:SiO272%,Na2O22%,CaO6%。用此种玻璃膜把pH值不同的两溶液隔开,膜电势的值由两边溶液的pH差值决定。如果固定一边溶液的pH值,则整个膜电势只随另一边溶液的pH值变化,因此,用它制成氢离子指示电极。在球形玻璃膜内放置一定pH值的缓冲溶液,或0.1MHCl溶液。并在溶液中浸入一支Ag-AgCl电极(称为内参比电极)。使用时与另一电极如甘汞电极一起插入待测溶液中组成原电池:Ag,AgCl(S)|HCl(0.1M)|玻璃薄膜|待测溶液|甘汞电极在25�时,该电池的电动势E可通过实验测106内蒙古科技与经济���NEIMENGGUKEJIYUJINGJI�应用�技术�收稿日期:2005年1月10日得,并已知:E=�(甘汞)-�(玻璃)(1)��25�时摩尔甘汞电极的�(甘汞)为0.2801V,�(玻璃)=�0(玻璃)-0.05916pH,将�(甘汞)和�(玻璃)代入上式得:pH=E-0�2801+�0(玻璃)0�05916(2)��(2)式中�0(玻璃)对给定的玻璃电极为一常数。对不同的玻璃电极,由于玻璃的组成、制作、处理不同,所以它们的�0(玻璃)也不同。此外对于同一个玻璃电极而言,各次使用时,�0(玻璃)也会不同。因此,每次测量未知溶液前,先用已知pH值的缓冲溶液进行标定。要求所用的标准缓冲溶液的pH值应尽量与待测溶液的pH值接近。原则上用已知pH值的缓冲溶液,测得其E值,再求出该电极的�0(玻璃)。但实际上每次使用时,是先用已知pH值的标准缓冲溶液,在pH计上进行调整,使E与pH的关系满足(2)式,然后即可...
