电位分析法和离子选择电极

电位分析法通过测量指示电极在零电流下的平衡电位来确定目标离子的活度，其中离子选择电极提供物种特异性响应。

Definition

一种电分析方法，其中指示电极相对于参比电极在可忽略的电流下测得的电位，通过能斯特方程与溶液中特定离子的活度相关联。

Scope

本主题涵盖电位分析法：测得电位与离子活度之间的能斯特关系、离子选择电极（包括玻璃pH电极和膜基传感器）的构造和响应、选择性系数和干扰、参比电极和液接界的作用以及校准。它是pH测量和许多临床及环境离子传感器的基础。

Core questions

• 指示电极的平衡电位如何编码目标离子的活度？
• 离子选择膜为何对某些离子比其他离子更具选择性？
• 如何通过选择性系数量化竞争离子的干扰？
• 为什么电位分析法响应的是活度而不是浓度？

Key theories

能斯特电位响应

电池电位与目标离子活度的对数呈线性关系，斜率接近每十年59/z mV，从而可以直接从校准的电位测量中读取活度。

选择性与尼科尔斯基-艾森曼关系

实际的离子选择电极也会对干扰离子产生响应；尼科尔斯基-艾森曼方程中的选择性系数量化了这种交叉敏感性，并定义了传感器的可用范围。

Clinical relevance

电位传感器广泛应用于临床化学分析仪中，用于测量血液pH、钠、钾、钙和氯离子，以及环境水质监测和工业过程控制，因其简单性、宽动态范围和直接活度测量而备受青睐。

History

pH玻璃电极由Cremer（1906年）和Haber与Klemensiewicz（1909年）开发；20世纪中叶出现了固态和液膜离子选择电极，而基于离子载体的传感器在20世纪后期扩展了可检测离子的范围。

Key figures

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

Seminal works

• wang2006
• bard2001
• bakker1997

Frequently asked questions

为什么pH电极测量的是活度而不是浓度？

膜电位响应的是膜表面氢离子的化学势，而化学势取决于它们的活度；这就是为什么pH在形式上是根据氢离子活度而不是摩尔浓度来定义的。

什么是选择性系数？

它表示干扰离子相对于目标离子对电极信号的贡献强度；系数小意味着电极选择性高，而系数大则意味着干扰可能会损害测量结果。