ION SELEKTIF ELEKTRODA (ISE)

• PENGERTIAN

Elektroda Selektif Ion (ESI) adalah membran elektroda yang merespon selektif ion. Ini termasuk probe yang mengukur ion tertentu dan gas dalam larutan. ISE yang paling umum digunakan adalah pemeriksaan pH. Ion ISE1s lain yang dapat diukur meliputi fluoride, bromida, kadmium, dan gas dalam larutan seperti amonia, karbon dioksida, dan nitrogen oksida.
Penggunaan Elektroda Selektif Ion dalam analisis lingkungan menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan metode lain dari analisis. Pertama, biaya setup awal untuk membuat analisis yang relatif rendah. Setup ISE dasar meliputi meter (mampu membaca milivolt), probe (selektif untuk setiap analit kepentingan), dan bahan habis pakai yang digunakan untuk berbagai pH atau penyesuaian kekuatan ion.
Juga melihat ICE terbaru digunakan dengan PDA.

Biaya ini jauh lebih kecil daripada metode lainnya, seperti Spektrofotometri Serapan Atom atau Kromatografi Ion. Penentuan ISE tidak tunduk pada gangguan seperti warna dalam sampel. Ada beberapa modifikasi matriks yang diperlukan untuk melakukan analisis ini. Hal ini membuat mereka ideal untuk penggunaan klinis (analisis gas darah) di mana mereka yang paling populer, namun, mereka telah menemukan aplikasi praktis dalam analisis sampel lingkungan, sering di mana in-situ penentuan diperlukan dan tidak praktis dengan metode lain. Sejumlah besar elektroda indikator dengan selektivitas yang baik untuk ion tertentu didasarkan pada pengukuran potensi yang dihasilkan melintasi membran. Elektroda jenis ini disebut sebagai ion-selektif elektroda. Membran biasanya menempel pada ujung tabung yang berisi elektroda referensi internal. Ini elektroda membran dan elektroda referensi eksternal tersebut kemudian direndam dalam larutan bunga. Karena potensi dari dua elektroda referensi adalah konstan, setiap perubahan dalam potensial sel akibat perubahan potensial melintasi membran.

Bahan membran yang berbeda telah terbukti memberikan respon yang optimal untuk spesies tertentu. Misalnya, membran kaca yang tak tertandingi untuk mengukur H + aktivitas, pH. ISE ini dapat disebut sebagai kaca atau elektroda pH.

Elektroda membran cair memiliki non-kaca, solid-state kristal atau pelet sebagai komponen membran elektroda. Pendekatan ini telah terbukti efektif untuk berbagai kation dan anion. Contoh yang paling berhasil adalah elektroda yang sangat baik untuk ion fluorida, yang didasarkan pada kristal LaF3 doped dengan Eu (II) untuk membuat cacat kristal untuk meningkatkan konduktivitas.

Gas-sensing elektroda atau elektroda kombinasi yang merespon konsentrasi gas terlarut dalam larutan air. Elektroda terdiri dari elektroda ion-selektif, biasanya pH, kontak dengan lapisan tipis solusi yang diadakan di tempat dengan membran permeabel untuk gas yang diinginkan seperti NH3 atau CO2. Ketika gas melewati membran, perubahan pH dalam lapisan tipis solusi dirasakan oleh elektroda membran kaca pH.
Elektroda kombinasi lainnya terdiri dari enzim amobil pada suatu ISE. ISE ini dipilih untuk menanggapi suatu produk dari reaksi enzim-substrat dan selektivitas yang disediakan oleh enzim.
 

• SEJARAH

elektrode kaca penginderaan pH pertama diberikan kepada Cremer, yang pertama kali menggambarkannya pada tahun 1906 di makalahnya (Meyerhoff dan Opdeycke).  

Pada tahun 1949, George Perley menerbitkan sebuah artikel tentang hubungan komposisi kaca untuk fungsi pH (Frant). Untuk sementara ada berbagai makalah berurusan dengan formulasi berbagai dan kontribusi penting yang dibuat (Covington).

 Pembangunan komersial ISE dimulai ketika seorang insinyur bernama John Riseman pikir dia bisa mengembangkan analisa darah-gas berguna. Dia bekerja sama dengan Dr James Ross, seorang elektrokimiawan dari MIT. Bersama-sama mereka membentuk Orion Penelitian (Frant). Pada pertengahan 1960-an, Orion baru terbentuk Penelitian Inc memproduksi elektroda Kalsium untuk digunakan dalam analisis gas darah (Frant, 1994). Sejak itu banyak probe telah dikembangkan untuk analisis sampel yang mengandung ion yang berbeda.

 

• CARA KERJA

Sebuah Elektroda Selektif Ion mengukur potensi ion tertentu dalam larutan. (Elektroda pH merupakan ISE untuk ion Hidrogen.) Potensi ini diukur terhadap elektroda referensi yang stabil potensi konstan. Perbedaan potensial antara dua elektroda akan tergantung pada aktivitas ion tertentu dalam larutan. Kegiatan ini berkaitan dengan konsentrasi ion yang spesifik, sehingga memungkinkan pengguna akhir untuk membuat pengukuran analisis bahwa ion tertentu. Ini beberapa ISE telah dikembangkan untuk berbagai ion yang berbeda.

Bagaimana Membaca mV korespondensi ke Konsentrasi tersebut? Larutan standar konsentrasi diketahui harus disiapkan secara akurat. Solusi ini kemudian diukur dengan pH / meter mV. Pembacaan mV dari setiap solusi dicatat dan grafik konsentrasi vs membaca mV harus diplot. Sekarang solusi yang tidak diketahui dapat diukur. Nilai mV dari solusi yang tidak diketahui kemudian terletak pada grafik dan konsentrasi larutan yang sesuai ditentukan.

Ion Selektif Elektroda (termasuk elektroda pH yang paling umum) bekerja pada prinsip dasar dari sel galvanik (Meyerhoff dan Opdycke). Dengan mengukur potensi listrik yang dihasilkan melintasi membran dengan "dipilih" ion, dan membandingkannya dengan elektroda referensi, biaya bersih ditentukan. Kekuatan biaya ini berbanding lurus dengan konsentrasi ion yang dipilih. Rumus dasar diberikan untuk sel galvanik:

Ecell = Eise - Eref

potensi sel setara dengan potensi ISE minus potensi elektroda referensi.

•  KALIBRASI

Kalibrasi dilakukan dengan cara merendam elektroda dalam serangkaian solusi konsentrasi dikenal dan merencanakan grafik pembacaan mV versus log kegiatan (atau kegiatan yang sebenarnya pada logaritmik X-axis). Ini harus memberikan garis lurus selama rentang konsentrasi seluruh linier. Namun, seperti disebutkan di atas, aktivitas sulit untuk menentukan dalam solusi yang kompleks dan umumnya lebih berguna untuk unit konsentrasi plot. Dalam hal ini pengaruh koefisien aktivitas variabel dalam larutan dengan kekuatan ion yang tinggi dapat diminimalkan dengan menambahkan Buffer Kekuatan Penyesuaian Ionic untuk semua standar dan sampel - tetapi perhatikan keterbatasan ini rinci dalam bab sebelumnya. Namun demikian, harus dicatat bahwa jika sampel yang akan diukur cenderung memiliki kekuatan ionik total kurang dari sekitar 0.01M untuk ion monovalen (0.001M untuk ion divalen) maka efek aktivitas harus signifikan dan tidak mungkin diperlukan untuk menambah ISAB. Namun, harus dicatat bahwa ISAB mungkin berguna ketika menggunakan elektroda sambungan referensi ganda dengan solusi non-equi-transferrent mengisi luar, dalam rangka untuk mengkompensasi hanyut dalam potensi persimpangan cair, dan pada umumnya sebagian besar ISE sistem memberikan stabil membaca lebih cepat dalam solusi tinggi kekuatan ion.

Kemiringan grafik kalibrasi adalah respon mV per dekade perubahan konsentrasi. Ini biasanya sekitar 54 mV / dekade untuk ion monovalen dan 27 untuk ion divalen dan akan memiliki nilai negatif untuk ion negatif - yaitu konsentrasi yang lebih tinggi berarti lebih banyak ion negatif dalam larutan dan karenanya tegangan yang lebih rendah.

a) Linear Range.

Rentang linear dari elektroda didefinisikan sebagai bagian dari kurva kalibrasi melalui mana regresi linier akan menunjukkan bahwa titik data tidak menyimpang dari linearitas oleh lebih dari 2 mV. Untuk elektroda banyak kisaran ini dapat memperpanjang dari sekitar 0,1 molar ke 10-6 atau bahkan 10-7 molar.

b) Rentang Jumlah Pengukuran.

Rentang pengukuran keseluruhan termasuk bagian linier dari grafik seperti yang ditunjukkan di bawah ini bersama-sama dengan porsi yang lebih rendah melengkung di mana respon terhadap konsentrasi yang bervariasi menjadi semakin kurang sebagai konsentrasi mengurangi. Sampel dapat diukur dalam kisaran yang lebih rendah tetapi harus dicatat bahwa poin kalibrasi lebih dekat jarak yang diperlukan dalam rangka untuk menentukan kurva akurat dan kesalahan persentase per mV pada konsentrasi dihitung akan semakin tinggi sebagai lereng mengurangi.

c) Batas Deteksi.

Untuk ion monovalen, definisi IUPAC adalah: bahwa konsentrasi di mana potensi diukur berbeda dari yang diperkirakan oleh regresi linier oleh lebih dari 18 mV. Batas praktis deteksi dapat dihitung dengan memplot grafik kalibrasi menggunakan beberapa standar di ujung bawah dari rentang konsentrasi, dan di bawahnya. Katakanlah 100, 10, 1, 0,1, 0,05, 0,01 ppm - yaitu setidaknya dua untuk menentukan kemiringan linear dan dua untuk menunjukkan posisi bagian horisontal di bawah batas deteksi, di mana elektroda tidak responsif terhadap perubahan konsentrasi. Batas deteksi ini kemudian ditentukan oleh titik persimpangan dua garis lurus yang ditarik melalui titik-titik.

• MEMBRAN

Sifat membran menentukan selektivitas elektroda. Sebuah membran dianggap materi yang memisahkan dua solusi. Itu adalah di seberang membran ini bahwa tuduhan tersebut berkembang. The "membran" Istilah ini sering membingungkan seperti menyiratkan permeabilitas. Meskipun hal ini benar dalam banyak kasus, istilah disini digunakan menunjukkan materi yang muatan dapat berkembang di (Covington).

Beberapa jenis elektroda penginderaan tersedia secara komersial. Mereka diklasifikasikan berdasarkan sifat dari bahan membran yang digunakan untuk membangun elektroda. Ini adalah perbedaan dalam konstruksi membran yang membuat elektroda selektif untuk ion tertentu.

 

1. Elektroda Membran Polimer (Exchanger Ion Organik dan Agen Chelating) - Polimer elektroda membran terdiri dari berbagai pertukaran ion bahan dimasukkan ke dalam matriks inert seperti PVC, polietilena atau karet silikon. Setelah membran terbentuk, itu disegel ke ujung tabung PVC. Potensi yang dikembangkan pada permukaan membran berhubungan dengan konsentrasi spesies bunga. Elektroda jenis ini termasuk potasium, kalsium, klorida, fluoroborate, nitrat, perklorat, kalium, dan kesadahan air.  

2. Elektroda Solid State (larut Garam anorganik Konduktif) - elektroda Solid state memanfaatkan garam anorganik yang relatif tidak larut dalam membran. Elektroda Solid state ada dalam bentuk homogen atau heterogen. Dalam kedua jenis, potensi dikembangkan pada permukaan membran akibat proses pertukaran ion. Contohnya termasuk perak / sulfida, timbal, tembaga (II), sianida, thiocynate, klorida, dan fluoride.

3. Gas Elektroda Sensing - Gas penginderaan elektroda yang tersedia untuk pengukuran gas terlarut seperti amonia, karbon dioksida dioksida, oksida nitrogen, dan belerang. Elektroda ini memiliki membran permeabel gas dan solusi buffer internal. Molekul gas berdifusi melintasi membran dan bereaksi dengan larutan buffer, mengubah pH buffer. PH dari perubahan larutan buffer sebagai gas bereaksi dengan itu. Perubahan terdeteksi oleh sensor pH kombinasi dalam perumahan. Karena konstruksi mereka, gas penginderaan elektroda tidak memerlukan elektroda referensi eksternal.

4. Elektroda Membran kaca - elektroda membran kaca yang dibentuk oleh doping dari matriks silikon dioksida kaca dengan berbagai bahan kimia. Yang paling umum dari elektroda kaca membran adalah elektroda pH. Kaca elektroda membran juga tersedia untuk pengukuran ion natrium.

• SUMBER KESALAHAN

DIFUSI
Penelitian poin Orion bahwa perbedaan dalam tingkat difusi ion berdasarkan ukuran dapat menyebabkan beberapa error. Dalam contoh Sodium, berdifusi natrium iodida di persimpangan pada tingkat tertentu. Iodida bergerak jauh lebih lambat karena ukurannya lebih besar. Perbedaan ini menciptakan potensi tambahan mengakibatkan kesalahan. Untuk mengkompensasi hal ini jenis kesalahan adalah penting bahwa aliran positif mengisi bergerak solusi melalui persimpangan dan bahwa persimpangan tidak menjadi tersumbat atau mengotori.

CONTOH KEKUATAN IONIK
Covington menunjukkan bahwa kekuatan ionik total sampel mempengaruhi koefisien aktivitas dan bahwa penting bahwa faktor ini tetap konstan. Dalam rangka mencapai hal ini, penambahan adjuster kekuatan ion digunakan. Penyesuaian ini besar, dibandingkan dengan kekuatan ion dari sampel, sehingga variasi antar sampel menjadi kecil dan potensi kesalahan berkurang.

SUHU
Adalah penting bahwa suhu dikontrol sebagai variasi dalam parameter ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran yang signifikan. Gelar perubahan (C) tunggal dalam suhu sampel dapat menyebabkan kesalahan pengukuran lebih besar dari 4%.

pH
Beberapa contoh mungkin memerlukan konversi analit untuk satu bentuk dengan menyesuaikan pH larutan (misalnya amonia). Kegagalan untuk menyesuaikan pH dalam hal ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran yang signifikan.

GANGGUAN LAIN
Matriks latar belakang dapat mempengaruhi keakuratan pengukuran yang dilakukan dengan menggunakan ISE ini. Covington menunjukkan bahwa beberapa gangguan dapat dihilangkan dengan mereaksikan ion mencampuri sebelum analisis.