離子電極*概 述

　　離子電極是以敏感膜為基礎(chǔ)的電化學(xué)傳感器，這層膜是使電極對(duì)特定離子有選擇性響應(yīng)的元件。而離子電極主要是用于測(cè)量溶液內(nèi)特定離子的電勢(shì)，該電勢(shì)是參照一支電位恒定的參比電極測(cè)出的，兩支電極之間的電勢(shì)差取決于溶液內(nèi)某一特定離子的活度。此活度和該特定離子的濃度有關(guān)，因而可以對(duì)該離子進(jìn)行分析測(cè)量。

　　離子電極可以測(cè)試多達(dá)十幾種離子 如：Br, Cd+, Ca2+, Cl-, Cu2+, F-, I-, Pb2+, Mn-, K+, Na+, Ag+ , S2-, SCN-, NH3, NO3- 。目前，在生物醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用非常廣泛，也越來(lái)越受到檢驗(yàn)人員的重視，國(guó)內(nèi)每年發(fā)表ISE法在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中應(yīng)用的研究論文達(dá)百篇以上。然而，由于離子選擇電極本身及其儀器的性能特點(diǎn)，影響ISE法測(cè)定的因素很多，必須引起足夠的重視。

　　離子電極*分 類(lèi)

　　離子電極*應(yīng) 用

　　離子選擇性電極是一種簡(jiǎn)單、迅速、能用于有色和混濁溶液的非破壞性分析工具，它不要求復(fù)雜的儀器，可以分辨不同離子的存在形式，能測(cè)量少到幾微升的樣品，所以十分適用于野外分析和現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。與其他分析方法相比，它在陰離子分析方面特別具有競(jìng)爭(zhēng)能力。電極對(duì)活度產(chǎn)生響應(yīng)這一點(diǎn)也有特殊意義，使它不但可用作絡(luò)合物化學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究工具，而且通過(guò)電極的微型化已被用于直接觀察體液甚至細(xì)胞內(nèi)某些重要離子的活度變化。離子選擇性電極的分析對(duì)象十分廣泛，它已成功地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、水質(zhì)和土壤分析、臨床化驗(yàn)、海洋考察、工業(yè)流程控制以及地質(zhì)、冶金、農(nóng)業(yè)、食品和藥物分析等領(lǐng)域。

　　離子電極*測(cè)試方法

　　直接測(cè)試法：在線性范圍內(nèi)用一到兩點(diǎn)校正，在整個(gè)范圍內(nèi)用六點(diǎn)校正，建立一條校正曲線，是一種*優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)方法。

　　已知添加法：針對(duì)高濃度且濃度不定的樣品

　　樣品添加法：針對(duì)離子濃度很高的樣品

　　空白值校正：用于低濃度測(cè)試的一種特殊方法。

　　樣品減少法：針對(duì)只能間接測(cè)試的樣品，往樣品中加入部分樣品或標(biāo)準(zhǔn)液，直到電位變化到一定值，輸入加入的體積，pMX3000(舊 儀器)自動(dòng)計(jì)算出樣品離子濃度。

　　已知添加法二次添加：一種*優(yōu)的測(cè)試高離子濃度或溫度不同的樣品。

　　已知減少法：待測(cè)離子與標(biāo)準(zhǔn)液反應(yīng),生成沉淀或絡(luò)合物，用此方法可替代復(fù)雜的滴定過(guò)程。

　　離子電極*分析技術(shù)

　　主要有兩類(lèi)方法：

　?、僦苯与妱?shì)法，通過(guò)測(cè)量電勢(shì)，由校正曲線或計(jì)算法求得待測(cè)物的濃度。為使樣品和標(biāo)準(zhǔn)溶液中的離子的活度系數(shù)一致，要加入含高濃度惰性電解質(zhì)的離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖液。

　?、陔娢坏味ǚ?利用離子選擇性電極作為電位滴定的指示電極,它能達(dá)到與一般容量法相同的高準(zhǔn)確度。由于可用電極指示待測(cè)離子和滴定劑離子甚至指示劑離子的濃度變化，所以該法擴(kuò)大了電極的應(yīng)用范圍。

　　離子電極*選擇方法

　　幾款不同類(lèi)別的感應(yīng)電極可供選擇：

　　根據(jù)制作電極的膜材料的性質(zhì)可對(duì)離子選擇性電極進(jìn)行分類(lèi)，就是這層膜決定了電極可以對(duì)某一特定離子進(jìn)行選擇。

　　1. 聚合體膜電極(有機(jī)離子交換及螯合劑)

　　聚合體膜電極由各類(lèi)離子交換材料加入如PVC、聚乙烯、聚氨酯或硅橡膠等惰性載體構(gòu)成。膜形成后即封到PVC管的端口上，膜表面形成的電勢(shì)和所測(cè)離子的濃度相關(guān)。這一類(lèi)型的電極包括鉀離子、鈣離子、氟硼酸根、硝酸根、高氯酸根離子選擇性電極和水硬度測(cè)試電極。

　　2. 固態(tài)電極

　　固態(tài)電極膜內(nèi)使用的是相對(duì)不可溶的無(wú)機(jī)鹽。固態(tài)電極以同類(lèi)和異類(lèi)方式存在。這兩種類(lèi)型都由于離子交換過(guò)程而在膜上形成電勢(shì)。此類(lèi)電極包括銀/硫離子、鉛離子、銅離子、氰化物、硫氰酸根、氯離子和氟離子選擇性電極。

　　3. 氣體感應(yīng)電極

　　氣體感應(yīng)電極用來(lái)測(cè)量諸如氨氣、二氧化碳、溶氧、氧化氮、二氧化硫和游離氯氣等溶解氣體。此類(lèi)電極配有氣體滲透膜和內(nèi)部緩沖液，且其結(jié)構(gòu)上不需要外參比電極。

　　4. 玻璃膜電極

　　玻璃膜電極是在二氧化硅玻璃載體里添加各種化學(xué)品做成的。*常見(jiàn)的玻璃膜電極是PH電極。玻璃膜電極也可用于測(cè)量鈉離子。

　　離子電極*ISE分析指南

　　1 選擇性問(wèn)題

　　理想的ISE應(yīng)只對(duì)一種特定的離子具有能斯特響應(yīng)，但實(shí)際上電極對(duì)被測(cè)溶液中其他共存離子也有響應(yīng)，即意味著測(cè)定結(jié)果的電極電位是溶液中多種離子的電極電位的總和，例如S2+干擾Cl-、Br-、I-的測(cè)定，Br-、I-、SCN-等干擾Cl-的測(cè)定。能夠排除所有其他離子的干擾而只對(duì)某一種離子有響應(yīng)的電極很少見(jiàn)?？紤]到這一情況，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)建議使用“電位選擇性系數(shù)(Kpol)”這一術(shù)語(yǔ)，通過(guò)簡(jiǎn)稱為選擇性系數(shù)，用Ki.j表示干擾離子j對(duì)被測(cè)離子i的干擾程度。

　　選擇性系數(shù)的定義是：當(dāng)其他條件相同時(shí)，能產(chǎn)生相同電位的待測(cè)離子活度ai和干擾離子適度aj的比值，即ai/aj,其值總是小于1。顯然，Ki.j越小越好。如果某一電極對(duì)兩種不同離子具有相同的響應(yīng)，即選擇性系數(shù)為1.00。例如，一個(gè)pH玻璃電極對(duì)Na+選擇性系數(shù)KH，Na=10-11，即指電極對(duì)H+的響應(yīng)比對(duì)Na+的響應(yīng)靈敏1011倍?？梢?jiàn)當(dāng)選擇性系數(shù)遠(yuǎn)小于1小時(shí)，說(shuō)明該電極的選擇性好，這樣干擾離子與待測(cè)離子的活度相比，就顯得無(wú)關(guān)緊要了。如果知道了Ki.j值和干擾離子活度，便可估計(jì)出干擾離子對(duì)待測(cè)離子的測(cè)定值造成的誤差?？梢?jiàn)Ki.j是衡量離子選擇性電極的選擇性的主要性能指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)電極性能的主要指標(biāo)。

　　測(cè)定選擇性系數(shù)的方法已相當(dāng)成熟。盡管電極并不只對(duì)某特定離子特異響應(yīng)，但只要知道了選擇性系數(shù)和干擾的方式，將其用于分析還是可行的。在生物樣品中為了避免電極選擇性的非特異性的影響，常仿照生物樣本的離子組成特性配制標(biāo)準(zhǔn)溶液以減少非特異性的選擇性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

　　2 離子強(qiáng)度

　　ISE*終結(jié)果是測(cè)得待測(cè)離子的活度ai，測(cè)定目的則是離子濃度ai，aj=rici，ri為活度系數(shù)，是溶液中總離子強(qiáng)度(I)的函數(shù)，因此必須設(shè)法保持測(cè)定各試液(標(biāo)準(zhǔn)液與待測(cè)液)之間離子強(qiáng)度的一致。文獻(xiàn)報(bào)道離子強(qiáng)度可影響血液iCa2+的測(cè)定。常用的解決方法有：①恒定離子背景法。在分析液中除待測(cè)離子外還含有一種含量高而且基本恒定的其他離子。②總離子強(qiáng)度校準(zhǔn)的緩沖劑法(total ionic strength adjnstment buffer,TISAB)。加入一種以惰性鹽為成分的離子強(qiáng)度校準(zhǔn)劑，使標(biāo)準(zhǔn)液和測(cè)試液的離子強(qiáng)度保持在相同的水平。有時(shí)還要加入pH緩沖劑、消除干擾的隱蔽絡(luò)合劑等，以保持一定的離子強(qiáng)度和pH值。

　　國(guó)內(nèi)很多關(guān)于ISE法自配試劑的研究報(bào)道，降低了測(cè)定成本，據(jù)說(shuō)其測(cè)定結(jié)果與用儀器原配試劑測(cè)定結(jié)果間無(wú)差異。但各文獻(xiàn)報(bào)道中的試劑配方都非常簡(jiǎn)單，僅列出了主要試劑成分及含量。讀者不能從中知道試劑中的防腐劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑的種類(lèi)與用量;不知道該試劑的離子強(qiáng)度、緩沖劑種類(lèi)與pH值、滲透壓;不知道配制該試劑的實(shí)驗(yàn)室條件與要求。因而無(wú)法驗(yàn)證此類(lèi)報(bào)道。不同的緩沖劑不僅可能影響測(cè)定結(jié)果，而且在不同pH值時(shí)的緩沖效果與儲(chǔ)存穩(wěn)定性都不一樣。再則，各種ISE法所用試劑往往同時(shí)兼作標(biāo)準(zhǔn)溶液，各自配試劑作為標(biāo)準(zhǔn)液無(wú)法溯源?？傊?，各種自配試劑讀者無(wú)法重復(fù)、驗(yàn)證，因而這方面的報(bào)道也宜謹(jǐn)慎。

　　3 溶液pH值

　　每種離子選擇性電極都有一定的適用pH范圍，超出該范圍，就會(huì)偏高E-lga的線性關(guān)系，引起測(cè)定誤差。有效pH范圍大的電極的適用范圍也大。溶液pH值時(shí)ISE法定量分析的影響主要表現(xiàn)在以下方面：

　　3.1 影響待測(cè)離子在溶液中的存在狀態(tài) 例如：①當(dāng)F-與H+共存時(shí)，H++3F-=HF+2F-=HF2-+F-=HF32-,當(dāng)pH值降低時(shí)，平衡向右移動(dòng)，形成氟氫根離子使游離F-活度降低。②pH值降低使Ca2+-Pr降低，從而使Ca2+升高。pH值每下降0.1，Ca2+可增加5%左右。

　　3.2 影響電極敏感膜 pH值變化影響被測(cè)離子的表現(xiàn)濃度，如氟離子電極的單晶膜與溶液中的OH作用生成La(OH)3。LaF3+3OH-=La(OH)3+3F-，且LaF3與La(OH)3的溶解大致相當(dāng)，反應(yīng)隨pH變化而左右移動(dòng)，向右移動(dòng)的結(jié)果使F-表現(xiàn)濃度增大，可用加入TISAB的方法加以解決，TISAB中的緩沖溶解可消除此影響。

　　4 干擾

　　ISE法測(cè)定的干擾因素眾多，常見(jiàn)的干擾原因有：(1)溶液中的共存離子影響反應(yīng)液的離子強(qiáng)度從而影響了被測(cè)離子的離子活度。(2)共存離子與待測(cè)離子形成絡(luò)合物或發(fā)生氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致待測(cè)離子數(shù)量的減少。如Al2+對(duì)F-雖無(wú)直接影響，但形成AlF63-絡(luò)合離子使游離F-降低，造成負(fù)誤差。(3)對(duì)電極的影響?！?電極對(duì)共存離子可發(fā)生響應(yīng)，如S2-干擾C1-，可加Bi3-、Pb2+、Cd2+等金屬沉淀S2+以消除干擾。許多一價(jià)陰離子都可對(duì)C1-測(cè)定產(chǎn)生干擾。○2干擾離子直接與電極膜作用。如SCN+可與AgBr形成AgSCN覆蓋在Br+電極膜表面，造成電極測(cè)量的誤差。

　　有關(guān)ISE法干擾因素的報(bào)道很多，如：碘解磷定使K+測(cè)定結(jié)果降低，血液中的CO2濃度影響pH測(cè)定，蛋白質(zhì)濃度可影響血液鈉和離子鈣的測(cè)定，離子強(qiáng)度的增加可使血液離子鈣的測(cè)定產(chǎn)生正誤差，VitC使血液Na+測(cè)定結(jié)果降低，防腐劑迭氮鈉使Cl-測(cè)定結(jié)果升***gCl2使K+測(cè)定結(jié)果降低，甘草酸二銨使K+測(cè)定結(jié)果降低。

　　常用消除干擾的方法有使用離子強(qiáng)度校準(zhǔn)緩沖劑;加入隱蔽劑及氧化、還原劑，調(diào)節(jié)pH，在研究電極選擇性的基礎(chǔ)上預(yù)先分離干擾離子等。

　　5 采樣方式與抗凝劑

　　枸櫞酸鹽、草酸、EDTA等抗凝劑不能用于鈣的測(cè)定，高濃度肝素可使K+測(cè)定結(jié)果升高、iCa2+測(cè)定結(jié)果明顯降低，文獻(xiàn)推薦使用肝素鋰，應(yīng)避免溶血對(duì)K+測(cè)定的影響。離子鈣的測(cè)定中，由于血液離體后CO2的丟失導(dǎo)致pH升高，使得蛋白質(zhì)結(jié)合鈣增加，進(jìn)而影響了離子鈣的測(cè)定，使離子鈣測(cè)定結(jié)果降低。故離子鈣的測(cè)定*好用肝素抗凝血、密封、隔絕空氣保存并立即測(cè)定。

　　離子電極*注意事宜

　　·離子測(cè)量前，需盡可能先查閱相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)，選擇正確的離子測(cè)量方法和離子濃度計(jì)主機(jī)與電極

　　·由于各種溶液的成份不一樣，離子價(jià)態(tài)也不一樣，其溫度系數(shù)也不一樣，故分析儀要做對(duì)任何溶液都做出溫度補(bǔ)償那是辦不到的，在進(jìn)行離子濃度的精確測(cè)量時(shí)，需要將離子標(biāo)準(zhǔn)液和樣品溫度調(diào)節(jié)到同一溫度

　　·離子濃度的測(cè)量，需要配合相應(yīng)的離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑和標(biāo)準(zhǔn)液

　　離子電極*維護(hù)方法

　?、? 定期清洗進(jìn)樣針和管道系統(tǒng)特別是鹽類(lèi)結(jié)晶和漏液可干擾儀器測(cè)量的電極電位。

　?、跉怏w溫化作用。應(yīng)定期、及時(shí)地補(bǔ)充氣化室的蒸餾水。在血?dú)夥治龅腜O2及PCO2的測(cè)定中由于標(biāo)準(zhǔn)氣體中不可避免地含有一定量的水蒸汽壓，造成測(cè)定結(jié)果的偏差。一般的血?dú)夥治鰞x都設(shè)計(jì)一個(gè)氣化室，其中充有一定量的蒸餾水、標(biāo)準(zhǔn)氣體先經(jīng)過(guò)氣化室再進(jìn)入測(cè)量室，籍此統(tǒng)一測(cè)量條件，避免測(cè)量誤差。

　?、鄱ㄆ诟鼡Q儀器的泵管。

　?、艽_保儀器接地良好，*好使用不同斷穩(wěn)壓電源(UPS)。

　　離子電極*保養(yǎng)方法

　?、?定期更換電極膜和電極內(nèi)充液,電極膜的安裝要求平整、無(wú)滲漏，即使免保養(yǎng)電極，按本法進(jìn)行維護(hù)也可延長(zhǎng)使用壽命。電極長(zhǎng)期使用后，因電極內(nèi)充液的消耗而不能使用，我們將電極鉆一小孔，灌入電極內(nèi)充液后再用膠帶封口，可有效延長(zhǎng)該電極的使用壽命，充電極內(nèi)液時(shí)一定要避免產(chǎn)生氣泡，如有氣泡，可用手指輕輕彈擊電極，使氣泡移動(dòng)到電極的上部。

　　②定期進(jìn)行去蛋白清洗及電極的活化。儀器長(zhǎng)期使用后，蛋白質(zhì)吸附在電極限上可改變電極電位，從而使定標(biāo)失敗或者影響測(cè)定結(jié)果。各廠家一般都配有去蛋白質(zhì)清洗液，每天應(yīng)按操作規(guī)程的要求進(jìn)行去蛋白質(zhì)清洗，幾乎所有的去蛋白清洗液都對(duì)電極有一定的腐蝕性，不宜用其連續(xù)、多次的清洗，也不宜用其長(zhǎng)期浸泡電極。文獻(xiàn)介紹用細(xì)棉線穿過(guò)電板，然后輕輕地來(lái)回擦拭電極內(nèi)壁，可擦除電極膜上附著的蛋白質(zhì)。

　?、踦H玻璃電極只有經(jīng)水化作用才能反映H+濃度的變化即具有氬功能。所謂水化作用是指玻璃電極在使用前要在蒸餾水中浸泡24h，使玻璃電極表面膨脹變軟形成水化膠層，否則測(cè)定結(jié)果不穩(wěn)定甚至連數(shù)據(jù)也測(cè)不出來(lái)。使0.1mol/L稀鹽酸,可縮短水化時(shí)間至2h左右，玻璃電極的內(nèi)阻與溫度呈負(fù)指數(shù)關(guān)系即其內(nèi)阻隨溫度的降低而升高，所以玻璃電極不宜在5℃以下使用。由于玻璃電極的球泡很薄，其厚度小于0.1mm,使用和保存時(shí)要避免高溫,當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)(>60℃)球泡有可能因?yàn)閮?nèi)部氣體膨脹而損壞。

　?、躈a+玻璃電極要定期用專(zhuān)用的電極調(diào)整液(或稱為電極活化劑)進(jìn)行保養(yǎng)。電極調(diào)整液主要成分為Na+玻璃電極要定期用專(zhuān)用的電極調(diào)整液(或稱為電極活化劑)進(jìn)行保養(yǎng)。電極調(diào)整液主要成分為NaF。

　?、輩⒈入姌O內(nèi)充液主要是KCl，長(zhǎng)期使用后可能會(huì)滲漏到電極表面，應(yīng)定期將電極的外表面擦洗干凈。

　?、轆g/AgCl電極要注意AgCl的沉積，定期同細(xì)砂紙擦除附在電極上的AgCl。