قياس الجهد الكهربائي والأقطاب الانتقائية للأيونات
يقيس قياس الجهد الكهربائي الجهد التوازني لقطب مؤشر عند تيار صفري لتحديد نشاط أيون مستهدف، مع توفير الأقطاب الانتقائية للأيونات استجابة خاصة بالأنواع.
Definition
طريقة تحليل كهربائي ترتبط فيها إمكانية قطب مؤشر، مقاسة مقابل مرجع عند تيار ضئيل، من خلال معادلة نيرنست بنشاط أيون معين في المحلول.
Scope
يغطي هذا الموضوع التحليل بقياس الجهد الكهربائي: العلاقة النيرنستية بين الجهد المقاس ونشاط الأيون، وبناء واستجابة الأقطاب الانتقائية للأيونات بما في ذلك قطب الزجاج الهيدروجيني والمستشعرات القائمة على الأغشية، ومعاملات الانتقائية والتداخلات، ودور القطب المرجعي والوصلة السائلة، والمعايرة. وهو أساس قياس الأس الهيدروجيني والعديد من مستشعرات الأيونات السريرية والبيئية.
Core questions
- كيف يرمز الجهد التوازني لقطب مؤشر لنشاط أيون مستهدف؟
- ما الذي يمنح الغشاء الانتقائي للأيونات تفضيله لأيون واحد على غيره؟
- كيف يتم تحديد تداخلات الأيونات المتنافسة كميًا من خلال معاملات الانتقائية؟
- لماذا يستجيب قياس الجهد الكهربائي للنشاط بدلاً من التركيز؟
Key theories
- الاستجابة البوتنسيومترية النيرنستية
- يتغير جهد الخلية خطيًا مع لوغاريتم نشاط الأيون المستهدف بميل يقارب 59/z ملي فولت لكل عقد، مما يسمح بقراءة النشاط مباشرة من قياس جهد معاير.
- الانتقائية وعلاقة نيكولسكي-أيزنمان
- تستجيب الأقطاب الانتقائية للأيونات الحقيقية أيضًا للأيونات المتداخلة؛ تحدد معاملات الانتقائية في معادلة نيكولسكي-أيزنمان هذه الحساسية المتقاطعة وتحدد النطاق القابل للاستخدام للمستشعر.
Clinical relevance
تنتشر مستشعرات قياس الجهد الكهربائي في أجهزة تحليل الكيمياء السريرية لقياس الأس الهيدروجيني في الدم، والصوديوم، والبوتاسيوم، والكالسيوم، والكلوريد، وفي مراقبة المياه البيئية، وفي التحكم في العمليات الصناعية، وتحظى بتقدير كبير لبساطتها، ونطاقها الديناميكي الواسع، وقياس النشاط المباشر.
History
تم تطوير قطب الزجاج لقياس الأس الهيدروجيني بواسطة كريمر (1906) وهابر وكليمنسيويتز (1909)؛ وجلب منتصف القرن العشرين أقطابًا انتقائية للأيونات ذات الحالة الصلبة والغشاء السائل، ووسعت المستشعرات القائمة على الأيونوفور نطاق الأيونات القابلة للكشف خلال أواخر القرن العشرين.
Key figures
- Fritz Haber
- Max Cremer
- Ernő Pretsch
- Eric Bakker
Related topics
Seminal works
- wang2006
- bard2001
- bakker1997
Frequently asked questions
- لماذا يقيس قطب الأس الهيدروجيني النشاط بدلاً من التركيز؟
- يستجيب جهد الغشاء للجهد الكيميائي لأيونات الهيدروجين على سطح الغشاء، والذي يعتمد على نشاطها؛ وهذا هو السبب في أن الأس الهيدروجيني يُعرّف رسميًا من حيث نشاط أيون الهيدروجين، وليس التركيز المولي.
- ما هو معامل الانتقائية؟
- يعبر عن مدى قوة مساهمة أيون متداخل في إشارة القطب بالنسبة للأيون المستهدف؛ يشير المعامل الصغير إلى أن القطب انتقائي للغاية، بينما يشير المعامل الكبير إلى أن التداخلات يمكن أن تفسد القياس.