離子選擇性電極及其在化工分析領域中的應用

溫俊新

摘 要：離子選擇性電極是采用電位法測量溶液中某種離子的活躍程度。離子選擇性電極就總體而言是一種膜電極，膜電極擁有一層敏感膜，但它們的種類卻不盡相同，離子濃度的測量主要利用了膜電位原理，該過程遵循能斯特公式。

關鍵詞：離子 選擇性電極 化工分析

中圖分類號：O646 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（b）-0091-02

近年來，膜材料研制工作的進展較為迅速，不同類型敏感膜也都相繼問世，并且廣泛應用于生物、醫藥、農業、工業以及環境等各大領域之中。

1 離子選擇性電極的主要原理以及測定技術

離子選擇性電極所具備的選擇性主要是依據特質的薄膜對于某種離子有選擇性地進行代換。例如晶體薄膜，在晶相中電流傳導作用主要是因為電針缺陷，流動空穴離子可以轉移到另外的空穴中，空穴的形狀、大小、以及電荷分布僅僅只適應流動特殊離子，如此便直接排除了其他離子所顯示出來的選擇性。目前，對于一些薄膜材料電流傳導的機理尚不明確，針對膜電極電位理論也未能給出統一的看法?，F階段對于膜電極電位理論有兩種較為系統的見解，一種是膜電位是因為離子代換改變了兩相的電荷分布而引起的；另一種是膜電位主要是由擴散過程所引起。當離子選擇性電極與一個固定參比電極構成一種測量電極時，測量點至的待測溶液以及電位中的離子活度關系符合NERNST方程。

該方程式中：E代表所測得的電動勢，E0表示標準電勢，R代表氣體常數，T為待測絕對溫度，是被測離子電荷數，F是法拉第常數，ai是離子的活躍程度。

2 離子選擇性電極的特點

離子選擇性適應范圍廣、響應快、廉價、易于攜帶以及能夠與其他儀器連用等特點。（1）適應范圍較廣：從理論而言，能夠制取出各個離子選擇性電極，目前科研人員正努力攻克離子多樣化選擇性這一難題，并且致力于一些特殊效應的電極設備；（2）電極響應迅速：離子選擇性電極響應迅速，手續較為簡便，未破壞原有溶液條件，不用進行分離操作；（3）價格偏移方便攜帶：離子選擇性電極形狀較多，有一些可以制作成針尖大小，所以，離子選擇性電極不但是實驗室內檢測工具，也是自動控制以及連續測試元件，廣泛應用于環境連續檢測、生產控制檢測以及醫療領域內的直接檢測等；（4）可以與其他儀器混用在一起：離子選擇性電極設備簡單，常與其他設備聯合運用，廣泛應用于各個檢測的領域之中，正因為離子選擇性具備這些特點，才使得離子選擇性電極從誕生以來，就受到了各大領域的青睞，而且有著極為廣闊的應用前景。

3 離子選擇性電極的分類

離子選擇性電極屬于電化學傳感器，其中最主要的部分便是敏感膜。敏感膜是一種能夠分離電解質溶液的連接層，決定著電極的選擇性，離子選擇性電極的分類形式主要是按照敏感膜與試液接觸的方式來分的。敏感膜若直接與試液接觸，則是原電極；敏感膜通過某一種介質與試液相接處，則為敏感化離子選擇性電極。離子選擇性電極類型有玻璃電極、難溶鹽固體膜電極、液膜電極、氣敏電極以及酶電極等。玻璃電極是在分析領域中最初使用的離子選擇性電極，利用一價陽離子選擇性電極；難熔鹽固體膜電極的敏感膜主要含有電活性難溶無機鹽，主要是運用陰離子選擇性電極；液膜電極主要是利用液體膜替代了固體膜，大多數運用于測定溶液中等價陽離子以及等價陰離子；氣敏電極縮所檢測的是氣體，采用界面化學反應中敏化電極，體系是以透過氣體隔膜和外部溶液隔離開的，使得試液中測量氣體需要通過薄膜方才能夠進入電解質溶液中測量，又稱為隔膜電極，應用測定化學反應所釋放的一些氣體。酶電極又稱之為酶底物電極，具有極高的選擇性，尤其是固化酶這一新技術的發展，使其具有更快的反應速度、更加穩定的性能，由此被廣泛應用于檢測的各個領域。酶電極制作起來較為簡便，選擇性較強，適應范圍較廣，所以酶電極在最新研究出來的離子選擇性電極中所占有的比例越來越大，不但能夠檢測無機物，而且也能夠檢測有機物，應用前景極為廣泛。制作酶電極較為簡便，首先，應該按照相關的實驗要求選取若干個酶，然后對酶進行固定化操作，采用包埋法，將載體聚丙烯酰胺和酶混合之后，然后將之包在離子選擇性電極中感應部位，能夠形成一種酶凝膠電極，這種電極的結構主要有兩種，一種為透析酶膜電極，在電極外表報上議程孔徑尼龍網，將固化酶均勻攤鋪在尼龍網上面；另一種則是敏酶電極，敏酶和響應電極間的差別需要酶反應過程，最后相應離子選擇性電極。

4 離子選擇性電極在化工分析領域的應用

電位滴定法和直接電位法是離子選擇性電極檢測常用的兩種方法。直接電位法是對直接測量樣試液中電極電位依照曲線校正計算出離子濃度，電位滴定法根據離子選擇性對電極進行滴定。玻璃電極是食品加工廠中使用最普遍的一種離子選擇性電極，主要是用來分析水質以及其他溶液中的PH值，將其作為依據來測定酸度和氨基酸態氨等。

4.1 陽離子分析

通常會運用陽離子選擇性的電極來測定食品中Ca2+、K+、Na+等陽離子，也有一些國家運用銅離子選擇性電極的特性來檢測棕櫚油中所蘊含的銅。膜技術發展迅速，一些惰性電極逐漸被研制出來，并且已經投入使用之中。如鈣電極歷史悠久，檢測技術也極為純熟，為了使其能夠滿足制飲料、糖等食品工業生產中對鈣離子自動化檢測的需求，近年來，一些科研人員將PVC作為載體，用作為電活性物質低阻的電極，其主要特征為靈敏度高、選擇性強、適用范圍廣、壽命長、操作簡單以及壽命低等。

4.2 陰離子分析

通常情況下會選用氟離子作為電極，目前也有較為成熟的方法檢測食品中F-的存在。除此之外，Br-、Cl-等陰離子也能夠采用電極法進行檢測。例如要測定生乳中碘的含量，有研究人員專程對電極法以及化學法兩種檢測方法做出比較，結論顯示，微量化學法檢測所需時間長，在重現性方面也有著一定的局限，滿足不了常規檢測需求，但電極法卻完美地彌補了這一點。

4.3 對其他有機物成分分析

聚苯胺葡萄糖氧化酶電極能檢測出葡萄糖濃度，將乙醇液化酶固定在電極之上，可以測定出白酒以及啤酒中乙醇含量。碳糊銹蝕電極主要是20世紀出現的新型修飾電極，在碳糊溶液中添加一些化學修飾劑制作而成。碳糊修飾電極有碳電極的優點，所選修飾劑能夠與檢測物相互結合，使其在分析化學中應用逐漸廣泛。在測定茶酚中，伏安型中醫正骨碳糊微電極便顯出極高的生物催化活性，可以消除抗壞血酸干擾；多巴胺測定線性的范圍較大，靈敏度較高。

5 結語

電極分析法具有選擇性強、適應范圍廣、響應迅速、靈敏度高以及設備簡單等特點，使其在各個分析領域中占有一席之地。該文章著重探討了離子選擇性電極的主要原理以及測定技術、離子選擇性電極的特點、離子選擇性電極的分類、離子選擇性電極在化工分析領域的應用，分析了離子選擇電極的發展方向，想必日后定有更多的物質不需要復雜分離預處理，而是直接利用電極方法來檢測。

參考文獻

[1] 黃儼.離子選擇性電極及其在化工分析領域中的應用[J].科技資訊，2012（26）：18-19.

[2] 林慶權.離子選擇性電極的發展及其在定量分析中的應用[J].云南冶金，1977（7）：64-77.