โพเทนชิโอเมทรีและอิเล็กโทรดเลือกไอออน

โพเทนชิโอเมทรีเป็นการวัดศักย์สมดุลของอิเล็กโทรดบ่งชี้ที่กระแสไฟฟ้าเป็นศูนย์ เพื่อกำหนดค่าแอคติวิตีของไอออนเป้าหมาย โดยอิเล็กโทรดเลือกไอออนจะให้การตอบสนองที่จำเพาะต่อชนิดของไอออน

Definition

วิธีการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีที่ใช้ศักย์ของอิเล็กโทรดบ่งชี้ ซึ่งวัดเทียบกับอิเล็กโทรดอ้างอิงที่กระแสไฟฟ้าเล็กน้อย โดยมีความสัมพันธ์ผ่านสมการเนิร์นสต์กับแอคติวิตีของไอออนจำเพาะในสารละลาย

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการวิเคราะห์ด้วยโพเทนชิโอเมทรี: ความสัมพันธ์แบบเนิร์นสต์ระหว่างศักย์ที่วัดได้กับแอคติวิตีของไอออน, การสร้างและการตอบสนองของอิเล็กโทรดเลือกไอออน รวมถึงอิเล็กโทรดแก้ววัด pH และเซ็นเซอร์แบบเมมเบรน, สัมประสิทธิ์การเลือกจำเพาะและการรบกวน, บทบาทของอิเล็กโทรดอ้างอิงและรอยต่อของเหลว, และการสอบเทียบ ซึ่งเป็นพื้นฐานของการวัด pH และเซ็นเซอร์ไอออนทางคลินิกและสิ่งแวดล้อมหลายชนิด

Core questions

• ศักย์สมดุลของอิเล็กโทรดบ่งชี้เข้ารหัสแอคติวิตีของไอออนเป้าหมายได้อย่างไร?
• อะไรที่ทำให้เมมเบรนเลือกไอออนมีความชอบไอออนหนึ่งมากกว่าไอออนอื่น?
• การรบกวนจากไอออนคู่แข่งถูกหาปริมาณได้อย่างไรผ่านสัมประสิทธิ์การเลือกจำเพาะ?
• เหตุใดโพเทนชิโอเมทรีจึงตอบสนองต่อแอคติวิตีมากกว่าความเข้มข้น?

Key theories

การตอบสนองโพเทนชิโอเมตริกแบบเนิร์นสต์

ศักย์เซลล์จะแปรผันเป็นเส้นตรงกับลอการิทึมของแอคติวิตีของไอออนเป้าหมาย โดยมีความชันใกล้เคียง 59/z mV ต่อทศวรรษ ทำให้สามารถอ่านค่าแอคติวิตีได้โดยตรงจากการวัดศักย์ที่สอบเทียบแล้ว

การเลือกจำเพาะและความสัมพันธ์ของ Nikolsky–Eisenman

อิเล็กโทรดเลือกไอออนจริงยังตอบสนองต่อไอออนรบกวน; สัมประสิทธิ์การเลือกจำเพาะในสมการ Nikolsky–Eisenman จะหาปริมาณความไวข้ามนี้และกำหนดช่วงการใช้งานของเซ็นเซอร์

Clinical relevance

เซ็นเซอร์โพเทนชิโอเมตริกมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในเครื่องวิเคราะห์เคมีคลินิกสำหรับ pH ในเลือด, โซเดียม, โพแทสเซียม, แคลเซียม, และคลอไรด์, ในการตรวจสอบคุณภาพน้ำสิ่งแวดล้อม, และในการควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม ซึ่งเป็นที่นิยมเนื่องจากความเรียบง่าย, ช่วงไดนามิกที่กว้าง, และการวัดแอคติวิตีโดยตรง

History

อิเล็กโทรดแก้วสำหรับวัด pH ได้รับการพัฒนาโดย Cremer (1906) และ Haber และ Klemensiewicz (1909); ช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ได้นำมาซึ่งอิเล็กโทรดเลือกไอออนแบบของแข็งและแบบเมมเบรนเหลว และเซ็นเซอร์ที่ใช้ไอออนโนฟอร์ได้ขยายช่วงของไอออนที่ตรวจจับได้ตลอดช่วงปลายศตวรรษที่ 20

Key figures

• Fritz Haber
• Max Cremer
• Ernő Pretsch
• Eric Bakker

Seminal works

• wang2006
• bard2001
• bakker1997

Frequently asked questions

เหตุใดอิเล็กโทรด pH จึงวัดแอคติวิตีมากกว่าความเข้มข้น?

ศักย์เมมเบรนตอบสนองต่อศักย์เคมีของไฮโดรเจนไอออนที่ผิวเมมเบรน ซึ่งขึ้นอยู่กับแอคติวิตีของพวกมัน นี่คือเหตุผลที่ pH ถูกกำหนดอย่างเป็นทางการในรูปของแอคติวิตีของไฮโดรเจนไอออน ไม่ใช่ความเข้มข้นโมลาร์

สัมประสิทธิ์การเลือกจำเพาะคืออะไร?

มันแสดงให้เห็นว่าไอออนรบกวนมีส่วนร่วมต่อสัญญาณอิเล็กโทรดมากน้อยเพียงใดเมื่อเทียบกับไอออนเป้าหมาย; สัมประสิทธิ์ที่น้อยหมายถึงอิเล็กโทรดมีความเลือกจำเพาะสูง ในขณะที่สัมประสิทธิ์ที่มากหมายถึงการรบกวนอาจทำให้การวัดผิดพลาดได้