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Aztec 600 ISE Ammoniak & Fluorid
Ionenselektive Einkanal-Analysatoren
D.2 Funktionsprinzip
Ionenselektive Elektroden sind nützliche Hilfsmittel in der
analytischen Chemie. Mit der geeigneten ionenselektiven
Elektrode können schnelle Messungen einer großen Vielfalt von
Spezies
über
weite
ppb-Empfindlichkeit durchgeführt werden.
Bei der für die Fluoridmessung verwendeten ionenselektiven
Elektrode handelt es sich um eine Halbleiterelektrode. Dieser
Elektrodentyp besteht aus einem Kunststoffgehäuse, das eine
interne Referenz sowie Lanthanfluorid-Halbzellen enthält. Im
Gleichgewicht ist das Membranpotenzial überwiegend von der
Aktivität des Zielions außerhalb der Membran abhängig. Diese
Abhängigkeit wird durch die folgende Nernst-Gleichung
beschrieben:
E = E
0
+ (2,303RT/nF) x log (A)
Hierbei gilt:
E
= Gesamtpotenzial (in mV), das sich zwischen der
Sensor- und der Referenzelektrode bildet
E
0
= Charakteristische Konstante des jeweiligen
ISE-/Referenzelektrodenpaars
2.303
= Umrechnungsfaktor vom natürlichen zum
dekadischen Logarithmus
R
= Gaskonstante (8,314 Joule/(Grad K x Mol))
T
= Absolute Temperatur
n
= Ladung des Ions (mit Vorzeichen)
F
= Faraday-Konstante (96.500 Coulomb)
log (A)
= Logarithmus der Aktivität des gemessenen Ions
Die gemessene Spannung (Gl. 1) ist proportional zum
Logarithmus der Konzentration, und die Empfindlichkeit der
Elektrode wird als Elektrodensteilheit angegeben (in Millivolt pro
Konzentrationsdekade). Um die Elektroden zu kalibrieren,
können daher die Spannungen in Lösungen gemessen werden,
die z. B. 10 ppm und 100 ppm des Zielions enthalten. Die
Steilheit entspricht der Steilheit der Kalibriergeraden, die über
die mV-Werte gegenüber dem Logarithmus der Konzentration
aufgetragen wird.
Beispiel:
mV
(100 ppm) mV
Hoh. STD.
=
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ -
Steilheit
Die Steilheit entspricht daher der Differenz der Spannungen, da
log 100 – log 10 = 1.
Um unbekannte Proben zu bestimmen, wird die Spannung
gemessen
und
das
Konzentrationswerten im Kalibrierblatt aufgetragen. Die einzigen
Variablen in obigem Ausdruck sind im Prinzip E – E
Konzentration, die, wenn gegeneinander aufgetragen, einen
linearen Zusammenhang ergeben (unter Annahme einer
konstanten Probentemperatur).
84
Konzentrationsbereiche
··
–
(10 ppm)
Niedr. STD.
–
Log100 Log10
Ergebnis
gegenüber
0
(E) und die
Anhang D – Funktionsprinzip – Fluorid-Analysatoren
Der genaue Wert der Steilheit kann als Kennwert für die Effizienz
der verwendeten ionenselektiven Elektrode dienen. Der
Steilheitswert für ein einwertiges Kation, bestimmt bei 25 °C,
mit
beträgt 59 mV (–59 mV für ein einwertiges Anion). Daraus geht
hervor, dass sich für jede Konzentrationsänderung um den
Faktor 10 eine Änderung des Ausgangspotenzials der Elektrode
um 59 mV einstellt.
Um eine hohe Messgenauigkeit aufrechtzuerhalten, ist eine
regelmäßige
Kalibrierung
Online-Analysatoren in der Regel automatisch durchgeführt,
gefolgt von einer Neuberechnung der Steilheit. Die meisten
Änderungen des Ausgangssignals des Elektrodenpaars sind
jedoch auf eine Nullpunktdrift zurückzuführen, die über einen
gewissen Zeitraum sehr groß werden kann (z. B. ±50 mV),
bevor sie sich nachteilig auf die Funktion auswirkt.
den
erforderlich.
Diese
wird
OI/AXM630–DE Rev. I
bei
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