離子選擇性電極的基本理論

 

　　離子選擇性電極的簡史

 

　　*種離子選擇性電極。1934年B.倫吉爾等觀察到含氧化鋁或三氧化二硼的玻璃電極對鈉也有響應。50年代末，G.艾森曼等制成瞭(le)對氫離子以外的其他陽離子有能斯脫響應的玻璃電極。1936年H.J.C.坦德羅觀察瞭(le)螢石膜對Ca2+的響應，1937年I.M.科爾托夫用鹵化銀薄片試制瞭(le)鹵素離子電極。1961年匈牙利的E.蓬戈系統研制瞭(le)以矽橡膠等爲惰性基體的,對包括Ag+、S2-和鹵素離子在内的多種離子有響應的沉澱膜電極。1966年美國的M.S.弗蘭特和J.W.羅斯用氟化镧單晶制成高選擇性的氟離子電極，這是離子選擇性電極發展*的重要貢獻；次年羅斯又制成*種液體離子交換型的鈣離子電極。與此同時，瑞士的西蒙學派通過從抗菌素制備(bèi)鉀電極，開始瞭(le)另一類重要的電極，即中性載體膜電極的研究。到60年代末，離子選擇性電極的商品已有20種左右，這一分析技術也開始成爲電化學分析法中的一個獨立的分支學科。

 

　　離子選擇性電極的基本理論

 

　　當一片電化學膜将兩種電解質溶液隔開時，如果膜對任何離子的通過均*，而隻起防止兩種溶液迅速混合的作用時，則在膜兩側(cè)的溶液間就産生一個來自溶液中各離子的濃度和淌度差别的擴散電勢，稱爲液體接界電勢。另外一種情況是，如果膜至少*阻止其中的一種離子通過，則産生所謂唐南電勢。離子選擇電極的敏感膜是一種選擇性穿透膜，它對不同離子的穿透隻有相對選擇性而無專一性，因此，膜電勢介於(yú)上述兩種情況之間。

 

　　TMS理論的基本假設是：膜的總電勢由三部分組成，它等於(yú)膜兩側面與溶液界面上的兩個相界面電勢與膜内的擴散電勢之和。在此基礎上，導出瞭(le)包含唐南項與漢德森項的膜電勢方程式。艾森曼等通過求解能斯脫－普朗克流量方程，分别推導出不同類型電極的膜電勢方程式。

 

　　在電極膜隻允許帶同樣電荷的離子通過而不允許帶相反電荷的離子和溶劑分子通過，穿過膜的離子均有理想行爲和膜電流爲零的前提下，可用統一的公式來表示膜電勢Em：(1)式中a媴和a徎爲i離子在溶液1和2中的活度；a徾和a徿爲總數爲N種的j離子在溶液1和2中的活度；Zi和Zj爲離子i與j的電荷數；T爲溫度;R爲氣體常數;F爲法拉第常數；Kij爲電極對主要離子i相對於(yú)其他離子j的選擇性系數。當溶液2中的組成不變(biàn)時,a徎和a徿均爲恒定值，則得：上式就是尼科爾斯基－艾森曼方程式，是離子選擇性電極分析中的基本方程式。

 

　　如果電極對i離子有高度的選擇性，即所有的Kij均接近於(yú)零，則上式變(biàn)成：其形式與能斯脫公式*一緻。這就是人們習慣於(yú)用能斯脫關系來描述離子選擇性電極的響應特性的原因。