8 _ کاربرد الکترود های انتخابی یون (ISE) ؛
استفاده از الکترد شیشه برای اندازه گیری فعالیت یون سدیم
*** برای مشاهده ی کامل متن باید عضو سایت باشید ***
اساس : با تعدیل ساختمان الکترد شیشه ، الکترد های حساس به ین های یک ظرفیتی گوناگون نظیر Na +, + K , + Cs ,+ Ag , +Li و غیره را تهیه می کنند . غشائ شیشه ای حساس به یون های + Na از لحاظ ساختمانی از اکسید های سیلسیوم ، آلومینیم ، سدیم یا لیتیم درست شده است . مکانیسم کارکرد این الکترود همانند الکترد شیشه حساس به + H است ، با این اختلاف که مایع درونی این الکترد را محلولی از کلروسدیم تشکیل می دهد .
برای منطقه ی معینی از فعالیت یون های + Na ، پتانسیل الکترد شیشه حساس به + Na به طور خطی تغییر می نماید و می توان این تغییرات را براساس رابطه ی نرنست بطرز زیر نشان داد :
و یا :
در روابط بالا ، فعالیت یون سدیم ؛ E پتانسیل الکترود ، پتانسیل استاندارد الکترد ، R ثابت گاز ها ، T درجه حرارت مطلق و F عدد فاراده را نشان می دهند .
در دمای 25 درجه ی سانتیگراد روابط بالا بصورت زیر قابل نمایش می باشند :
الکترد شیشه حساس به یون سدیم می تواند تحت تاثیر یون های مزاحم دیگر قرار گیرد . چنین مزاحمتی مطابق تعادل زیر قابل نمایش است ::
ملاحظه می شود که نتیجه مزاحمت یون +M ، ورود آن در غشائ شیشه ای و جایگزینی آن به جای یون Na است . برای تعادل بالا ثابتی تعلق می گیرد که بنام ثابت برگزیدگی نامیده می شود :
ثابت برگزیدگی نماینده ی میزان مزاحمت یون +M در فعالیت الکترد سدیم است ، مثلا این مفهوم را دارد که الکترد برای هر دو یون +Na و +M به یک اندازه حساس است . برای ، حساسیت الکترد به بون های +Na صد برابر بیش از یون های +M است . بالاخره برای حساست الکترد نسبت به یون +Na صد برابر کمتر از یون +M است .
از میان یون های یک ظرفیتی مختلف ، یون +H بیش از همه برای الکترد شیشه سدیم ایجاد مزاحمت می کند ، از این رو اندازه گیری یون های سدیم باید در pH های بازی انجام گیرد . مناسب ترین pH برای اندازه گیری که در منابع ذکر شده با توجه به فعالیت یون سدیم آزمایشی با رابطه ی زیر قابل نمایش است :
PH > pNa + 3
معرف ها و وسایل مورد نیاز :
_ الکترد شیشه حساس به یون سدیم
_ الکترد شاهد کالومل
_ پتانسیومتر بدل E510 (یونومتر)
_ محلول های آزمایشی که در جدول های موجود در دستور کار درج شده اند .
تئوری و اجرای آزمایش :
استفاده از الکترود های شیشه ای برای اندازه گیری فعالیت یون سدیم:
الکترود های شیشه ای جزو الکترود های شناساگر می باشند . تمامی الکترود هایی که پتانسیل آنها نماینده ی فعالیت یون معینی در محلول باشد را الکترود شناساگر می گویند . از میان الکترود های شناساگر دو نوع از آنها در شیمی تجزیه به کار می رود : الکترود های شناساگر فلزی _ الکترود های شناساگر غشایی . هر کدام از این ها نیز دارای انواع مختلفی می باشند ، که الکترود های شیشه ای یک نوعاز الکترود های شناساگر غشایی می باشند. فعالیت الکترود های غشایی از رفتار ویژه ی غشا در قبال یون های مختلف نشات می گیرد و بر پیدایش اختلاف پتانسیل بین دو محلولقرار گرفته در دو سوی غشا استوار است . در حالی که هر دو محلول دارای یون معین ولی با غلظت های متفاوت می باشند .
کاربرد الکترود های انتخابی یون با الکترود های غشایی معولا در تعیین یون ها به روش پتانسیو متری مستقیم است ، ولی می شود از آن ها در تعیین عیار های پتانسیو متری برای تشخیص نقطه ی پایان ( هم ارزی ) نیز استفاده کرد .
قسمت اساسی الکترد های غشایی شیشه را لایه ی نازکی از شیشه با ساختمان مخصوصی تشکیل می دهد که به عنوان جزئ حساس الکترود در دماغه ی آن قرار می گیرد . این لایه نازک شیشه ای متشکل از سه قسمت اساسی است :- ... گروه های آنیونی ثابت ( بنیان های سیلیکاتی )
- ... کاتیون های تک ظرفیتی قابل مبادله ( کاتیون های قلیایی تک ظرفیتی )
- ... کاتیون های ثابت دو یا سه ظرفیتی ( کاتیون های قلیایی خاکی ) -> غیر قابل مبادله شدن
غشایی با چنین ساختار وقتی بین دو محلول کاتیون M+ ( که غشا نسبت به این کاتیون حساس است ) قرار می گیرد، اگر غلظت محلول ها متفاوت از هم باشد ، اختلاف پتانسیلی بین دو سوی غشا ومحلول مجاور آن ها ، به دلیل وجود دو نوع مبادله ی یون متفاوت ایجاد خواهد شد . چنین اختلاف پتانسیلی را می توان با قرار دادن دو الکترود شاهد یکسان ، هر کدام در یک سوی غشا اندازه گرفت . اگر غلظت در یک سوی غشا ثابت باشد ، با در دست داشتن این اختلاف پتانسیل می توان غلظت مجهول در یک سوی غشا را بدست آورد .
بر این اساس و با فرض این که ساختار غشا در هر دو طرف یکسان است برای E2 - E1 معادله ای شبیه به معادله نرنست خواهیم داشت :
برای الکترود شیشه ای حساس به + H کاتیون های قلیایی در PH های بالا ایجاد مزاحمت می کند .به این دلیل که در PH های بالا به علت غلظت کم + H و غلظت بالای ماتیون های قلیایی فعالیت + H نسبت به این کاتیون ها کمتر می شود و این کاتیون ها در لایه ی هیدارته جایگزین + H می شوند و باعث ایجاد اختلال در پاسخدهی الکترود نسبت به + H می شوند و باعث خطا می شوند ( قرائت PH هایی کمتر از PH واقعی را خواهیم داشت ) .
با تعدیل اختمان غشائ شیشه ، الکترود های حساس برای کاتیون های یک ظرفیتی مثل + Na , K+ , Cs+ , Ag+ ,Li+ ... را می توان تهیه کرد .
از شیشه های با خطای قلیایی بسیار بالا ، می توان به عنوان غشا ، برای تعیین فعالیت یون های قلیایی ( پتاسیم ، سدیم ، لیتیم ) در PH های حنثی یا بازی استفاده کرد . از نظر ساختمانی ، نشان داده شده است که وجود Al2O3 یا B2O3 در ترکیب شیشه موجب افزایش خطای قلیایی و تشکیل غشائ مناسب برای تهیه ی الکترود های انتخابی برای یون های قلیایی می شود .
غشا های شیشه ای به کار رفته در ساختمان الکترود های انتخابی سایر کاتیون های یک ظرفیتی ، معمولا از ترکیب اکسید های Na2O ، Al2O3 ، SiO2 بهنسبت های مختلف تهیه می شوند . گاهی به جای Na2O از Li2O نیز استفاده می گردد .
ویژگی های هر الکترود ::-
... محدوده ی کارایی هر الکترود
-
... میزان مشارکت سایر یون ها در پاسخ دهی الکترود
.
محدوده ی پاسخ دهی الکترود ، محدوده ای از غلظت آنالیت است ، که در آن محدوده آنالیت از رابطه ی زیر تبعیت می کند ::
ناحیه ی شیب دار ناحیه ی کارکرد الکترود می باشد . ناحیه ای که در آن غلظت آنالیت از رابطه ی قبل تبعیت می کند .
برای بدست آوردن ناحیه ی کارکرد یک الکترود وحد تشخیص ، یک سری محلول با غلظت های متفاوتی از آنالیت ( سدیم ) تهیه می کنیم و پتانسیل مربوط به هر یک را اندازه می گیریم و نمودار مربوطه را رسم می کنیم .
برای این که بتوانیم غلظت را استفاده کنیم . باید نیروی یونی را تثبیت کنیم . و این کار با کلرور آمونیوم انجام می دهیم . زیرا این یون برای الکترود سدیم مزاحمتی ایجاد نمی کند . ضمنا با این که الکترود نسبت به + Na از خود پاسخ نشان می دهد ، با توجه به خاصیت شیشه + H در هر شرایطی مزاحم بسیار قوی خواهد بود. بدین ترتیب باید به گونه ای مزاحمت آن را از بین ببریم، این کار را می توان با قلیایی کردن محیط انجام داد . برای این کار باز های معدنی مناسب نخواهند بود .چون با خود یون قلیایی وارد محیط می کنند که این یون ها خود ایجاد مزاحمت می کنند . از این رو از باز های آلی استفاده خواهیم کرد . برای این منظور از باز آلی تری متانول آمین استفاده می کنیم و PH محیط را در حدود 11 تنظیم می کنیم . در نهایت پتانسیل هر یک از محلول ها را با استفاده از الکترود شناساگر شیشه سدیم اندازه می گیریم .
مشارکت یون های مزاحم در پاسخ دهی الکترود ::
الکترود شیشه حساس به یون سدیم می تواندتحت تاثیر یون های مزاحم دیگری قرار بگیرد . این امر بر اساس تعادل مبادله ی یون + Na موجود در لایه ی آبداربا یون مزاحم موجود در محلول بیرونی صورت می گیرد که به قرار زیر است :
برای این تعادل ثابتی در نظر گرفته می شود با عنوان ضریب برگزیدگی که معادله ی مربوطه را دستخوش تغییر خواهد کرد ::
روش های تعیین ضریب برگزیدگی::
الف ) مزاحمت ثابت : تهیه ی یک سری محلول با غلظت متفاوت از یون اصلی و ثابت از یون مزاحم .
برای یافتن میزان مزاحمت +K باید مزاحمت + H را زا بین ببریم و برای یافتن مزاحمت +H باید محلول عاری از +K باشد .
نیروی یون در تمامی محلول ها باید تثبیت شود تا بتوان از غلظت ها به جای فعالیت استفاده کرد .
در غلظت های کمی از + Na میزان فعالیت یون های مزاحم بیشتر خواهد بود و الکترود به آن پاسخ خواهد دادولی از غلظت معینی به بعد پاسخ دهی الکترود فقط به + Na خواهد بود که در این ناحیه پاسخدهی از رابطه ی نرنست تبعیت خواهد کرد .
ب) محلول های جداگانه : تهیه ی دو سری محلول ؛ 1_ محلول هایی با غلظت متغییر از یون اصلی 2_ محلول هایی با غلظت متغییر از یون مزاحم .
با اندازه گیری پتانسیل هر محلول نمودارهای مربوط به هر یک را رسم می کنیم و یک بار پتانسیل های یکسان و بار دیگر فعالیت های یکسان برای هر سری را در نظر می گیریم :
منبع : سایت علمی نخبگان جوان njavan.com
نویسنده : *مینا*
علاقه مندی ها (Bookmarks)