离子选择性电极及其在化工分析领域中的应用

温俊新

摘 要：离子选择性电极是采用电位法测量溶液中某种离子的活跃程度。离子选择性电极就总体而言是一种膜电极，膜电极拥有一层敏感膜，但它们的种类却不尽相同，离子浓度的测量主要利用了膜电位原理，该过程遵循能斯特公式。

关键词：离子 选择性电极 化工分析

中图分类号：O646 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（b）-0091-02

近年来，膜材料研制工作的进展较为迅速，不同类型敏感膜也都相继问世，并且广泛应用于生物、医药、农业、工业以及环境等各大领域之中。

1 离子选择性电极的主要原理以及测定技术

离子选择性电极所具备的选择性主要是依据特质的薄膜对于某种离子有选择性地进行代换。例如晶体薄膜，在晶相中电流传导作用主要是因为电针缺陷，流动空穴离子可以转移到另外的空穴中，空穴的形状、大小、以及电荷分布仅仅只适应流动特殊离子，如此便直接排除了其他离子所显示出来的选择性。目前，对于一些薄膜材料电流传导的机理尚不明确，针对膜电极电位理论也未能给出统一的看法。现阶段对于膜电极电位理论有两种较为系统的见解，一种是膜电位是因为离子代换改变了两相的电荷分布而引起的；另一种是膜电位主要是由扩散过程所引起。当离子选择性电极与一个固定参比电极构成一种测量电极时，测量点至的待测溶液以及电位中的离子活度关系符合NERNST方程。

该方程式中：E代表所测得的电动势，E0表示标准电势，R代表气体常数，T为待测绝对温度，是被测离子电荷数，F是法拉第常数，ai是离子的活跃程度。

2 离子选择性电极的特点

离子选择性适应范围广、响应快、廉价、易于携带以及能够与其他仪器连用等特点。（1）适应范围较广：从理论而言，能够制取出各个离子选择性电极，目前科研人员正努力攻克离子多样化选择性这一难题，并且致力于一些特殊效应的电极设备；（2）电极响应迅速：离子选择性电极响应迅速，手续较为简便，未破坏原有溶液条件，不用进行分离操作；（3）价格偏移方便携带：离子选择性电极形状较多，有一些可以制作成针尖大小，所以，离子选择性电极不但是实验室内检测工具，也是自动控制以及连续测试元件，广泛应用于环境连续检测、生产控制检测以及医疗领域内的直接检测等；（4）可以与其他仪器混用在一起：离子选择性电极设备简单，常与其他设备联合运用，广泛应用于各个检测的领域之中，正因为离子选择性具备这些特点，才使得离子选择性电极从诞生以来，就受到了各大领域的青睐，而且有着极为广阔的应用前景。

3 离子选择性电极的分类

离子选择性电极属于电化学传感器，其中最主要的部分便是敏感膜。敏感膜是一种能够分离电解质溶液的连接层，决定着电极的选择性，离子选择性电极的分类形式主要是按照敏感膜与试液接触的方式来分的。敏感膜若直接与试液接触，则是原电极；敏感膜通过某一种介质与试液相接处，则为敏感化离子选择性电极。离子选择性电极类型有玻璃电极、难溶盐固体膜电极、液膜电极、气敏电极以及酶电极等。玻璃电极是在分析领域中最初使用的离子选择性电极，利用一价阳离子选择性电极；难熔盐固体膜电极的敏感膜主要含有电活性难溶无机盐，主要是运用阴离子选择性电极；液膜电极主要是利用液体膜替代了固体膜，大多数运用于测定溶液中等价阳离子以及等价阴离子；气敏电极缩所检测的是气体，采用界面化学反应中敏化电极，体系是以透过气体隔膜和外部溶液隔离开的，使得试液中测量气体需要通过薄膜方才能够进入电解质溶液中测量，又称为隔膜电极，应用测定化学反应所释放的一些气体。酶电极又称之为酶底物电极，具有极高的选择性，尤其是固化酶这一新技术的发展，使其具有更快的反应速度、更加稳定的性能，由此被广泛应用于检测的各个领域。酶电极制作起来较为简便，选择性较强，适应范围较广，所以酶电极在最新研究出来的离子选择性电极中所占有的比例越来越大，不但能够检测无机物，而且也能够检测有机物，应用前景极为广泛。制作酶电极较为简便，首先，应该按照相关的实验要求选取若干个酶，然后对酶进行固定化操作，采用包埋法，将载体聚丙烯酰胺和酶混合之后，然后将之包在离子选择性电极中感应部位，能够形成一种酶凝胶电极，这种电极的结构主要有两种，一种为透析酶膜电极，在电极外表报上议程孔径尼龙网，将固化酶均匀摊铺在尼龙网上面；另一种则是敏酶电极，敏酶和响应电极间的差别需要酶反应过程，最后相应离子选择性电极。

4 离子选择性电极在化工分析领域的应用

电位滴定法和直接电位法是离子选择性电极检测常用的两种方法。直接电位法是对直接测量样试液中电极电位依照曲线校正计算出离子浓度，电位滴定法根据离子选择性对电极进行滴定。玻璃电极是食品加工厂中使用最普遍的一种离子选择性电极，主要是用来分析水质以及其他溶液中的PH值，将其作为依据来测定酸度和氨基酸态氨等。

4.1 阳离子分析

通常会运用阳离子选择性的电极来测定食品中Ca2+、K+、Na+等阳离子，也有一些国家运用铜离子选择性电极的特性来检测棕榈油中所蕴含的铜。膜技术发展迅速，一些惰性电极逐渐被研制出来，并且已经投入使用之中。如钙电极历史悠久，检测技术也极为纯熟，为了使其能够满足制饮料、糖等食品工业生产中对钙离子自动化检测的需求，近年来，一些科研人员将PVC作为载体，用作为电活性物质低阻的电极，其主要特征为灵敏度高、选择性强、适用范围广、寿命长、操作简单以及寿命低等。

4.2 阴离子分析

通常情况下会选用氟离子作为电极，目前也有较为成熟的方法检测食品中F-的存在。除此之外，Br-、Cl-等阴离子也能够采用电极法进行检测。例如要测定生乳中碘的含量，有研究人员专程对电极法以及化学法两种检测方法做出比较，结论显示，微量化学法检测所需时间长，在重现性方面也有着一定的局限，满足不了常规检测需求，但电极法却完美地弥补了这一点。

4.3 对其他有机物成分分析

聚苯胺葡萄糖氧化酶电极能检测出葡萄糖浓度，将乙醇液化酶固定在电极之上，可以测定出白酒以及啤酒中乙醇含量。碳糊锈蚀电极主要是20世纪出现的新型修饰电极，在碳糊溶液中添加一些化学修饰剂制作而成。碳糊修饰电极有碳电极的优点，所选修饰剂能够与检测物相互结合，使其在分析化学中应用逐渐广泛。在测定茶酚中，伏安型中医正骨碳糊微电极便显出极高的生物催化活性，可以消除抗坏血酸干扰；多巴胺测定线性的范围较大，灵敏度较高。

5 结语

电极分析法具有选择性强、适应范围广、响应迅速、灵敏度高以及设备简单等特点，使其在各个分析领域中占有一席之地。该文章着重探讨了离子选择性电极的主要原理以及测定技术、离子选择性电极的特点、离子选择性电极的分类、离子选择性电极在化工分析领域的应用，分析了离子选择电极的发展方向，想必日后定有更多的物质不需要复杂分离预处理，而是直接利用电极方法来检测。

参考文献

[1] 黄俨.离子选择性电极及其在化工分析领域中的应用[J].科技资讯，2012（26）：18-19.

[2] 林庆权.离子选择性电极的发展及其在定量分析中的应用[J].云南冶金，1977（7）：64-77.